1966年8月10日,美国首颗环月探测器月球轨道器1号发射成功,进入近月点200千米、远月点1850千米的轨道。1966年8月至1967年8月,美国共发射5颗月球轨道器,对月表进行了大面积探测,确认了10个阿波罗飞船着陆点,并通过测量轨道数据,得到月球重力场详图。
1967年1月27日,装在土星-1B运载火箭上的阿波罗1号指令舱在发射台上起火,3名航天员在这场火灾中遇难。
1968年9月15日,前苏联的探测器5号发射升空,经过7天飞行后,它的返回舱溅落在印度洋上,成为首个到达月球附近又返回地球的航天器。但因探测器5号控制系统故障,返回舱未按预定方式再入大气层并在预定地点着陆。此后发射的探测器7号顺利完成了各项任务,并以预定的跳跃方式成功返回地球。
1968年10月11日,美国阿波罗计划首次进行载人飞行试验,2名航天员乘坐阿波罗7号飞船由土星-1B火箭送入环绕地球飞行的轨道,这次飞行对飞船的指令舱与服务舱进行了验证。
1968年12月21日至27日,载有3名航天员的阿波罗8号飞船成功飞临月球上空,这是世界上第一艘飞到月球附近的载人飞船,也是人类第一次亲临月球附近,飞船绕月飞行10圈后返回地球,在太平洋安全溅落。
1969年7月16日至24日,人类完成了首次登月任务。