第五日、起床後ただちに飛行士らは着陸船を起動し、切り離しのための準備を開始した。このとき機械船の科学機器搭載区画にある質量分析器の支持棒は半分しか伸ばされていない状態にあったが、これは着陸船を切り離した後にヤングとデュークが目視で状態を確認できるようにするために取られた措置だった。両名は予定よりも40分早く起動と点検のために着陸船に入ったが、点検過程で多くの遅れが生じたため準備が完了したのは予定の10分前のことであった。発射から96時間13分13秒後、着陸船「オリオン」はマッティングリーが搭乗する司令・機械船「キャスパー」から切り離された。2機の宇宙船が近月点を通過する間、マッティングリーはキャスパーを円軌道に乗せるための準備を始め、一方でヤングとデュークは月面降下に備えた。だがマッティングリーが軌道修正に必要な司令・機械船のロケットエンジンを点検しているとき、エンジンのバックアップシステムに問題があるのが発見された。手順に従えば、この場合着陸船は降下を中止して司令船と再ドッキングしなければならなかった。もし万が一機械船のエンジンが点火しなかった場合、地球に帰還するためには着陸船のエンジンを使用する必要があったからである。数時間の検討の結果、管制センターはこの問題は解決できるものと判断し、ヤングとデュークに着陸続行の指令を出した。この結果、月面への降下は予定よりも6時間遅れて再開した。この遅れの影響で、降下開始時点の高度は20.1キロメートルという、これまでのどの飛行よりも高いものとなった。高度約4,000メートルまで降下したとき、ヤングは着陸地点全体を見渡すことができた。予定どおりの時間に推力を絞り、高度2,200メートルで目標地点に向けて機体を前方に傾けた。発射から104時間29分35秒後の4月21日午前2時23分35秒 (UTC) 、オリオンは月面に降り立った。着陸地点は、予定よりも北方に270メートル、西方に60メートルほどずれていた。着陸後、ヤングとデュークは電力節約のために着陸船のいくつかの機器をパワーダウンした。初期設定を完了させると、両名はオリオンを月面における三日間の滞在モードに調整し、宇宙服を脱ぎ現今の着陸地点に関する地質学的観測を行った。その後初めて食事をとり、船室の環境を調節して月面における最初の睡眠に入ったが、司令・機械船の主エンジンの問題によって生じた遅延により、スケジュールにはかなりの調整が必要になった。月面での探査を終了した後、16号が月周回軌道上に滞在できる時間は1日以下だった。これは消耗品の消費を抑えるためのぎりぎりの線であり、もし何か問題が発生した場合にはこの時間内に対処しなければならなかった。また第3回目の船外活動の時間は7時間が予定されていたが、両飛行士の睡眠時間を延長するため5時間に減らされた。翌日の飛行第五日目、ヤングとデュークは朝食をとった後、第一回船外活動の準備を始めた。宇宙服を身に着け船内を減圧し、ハッチを開けると、ヤングは着陸船のはしごの上にある「ポーチ」と呼ばれる場所に立った。このときデュークが、ここまでの飛行で発生した廃棄物を詰めたゴミ袋を手渡した。この袋は、このあと月面に投棄された。次に船外活動で使用する機器が入ったバッグ (equipment transfer bag, ETB) が先に月面に降ろされた。そのあとようやくヤングははしごを降り、月面に足を踏みおろした9人目の人類となった。このときの感傷を、彼はこのように表現した。「見たまえ。神秘的で知られざるデカルトだ。高地高原だ。アポロ16号がお前のイメージを変えてみせる。私は本当に安心した。ここにはあのブレア・ラビット (Brer Rabbit) がいる。 ちゃんといるべきイバラ (ブレア) の畑に」。デュークもすぐに合流し、彼は史上最も若い36歳で月面に降り立った人間となった。デュークは自らの興奮を次のように表した。「すばらしい！ あの足跡は今はじめて月面に記されたんだぜ、トニー (管制官の一人の名前)」。両名の月面における最初の仕事は、月面車と紫外線分光器およびその他の機器を着陸船の格納庫から下ろすことだった。この作業は支障なく行われたが、月面車を試験走行してみたとき、後輪の操舵装置 (ステアリング) が動かないことがわかった。ヤングがこの問題を管制室に伝えたのは、デュークと協力してテレビカメラを設置し、月面に星条旗を立てる前のことだった。この日の次の任務はアポロ月面実験装置群 (ALSEP) を配置することで、この作業は月面車に搭載されているカメラで追跡する必要があった。車両を移動させたところ、原因は不明だがとつぜん後輪のステアリングが正常に機能しはじめた。一方で熱流束の観測機器を設置しているとき、ヤングは誤って機器のコードを足にひっかけて引きちぎってしまった。この観測機器はアポロ13号では着陸船「アクエリアス」とともに大気圏で燃え尽き、15号でも失敗に終わったものであった。ALSEPの設置を終えた後、飛行士らは周辺のサンプルを回収した。着陸船周囲で4時間の船外活動を行った後、両名は月面車に乗り最初の地質学的調査地点であるプラム (Plum) クレーターに向かった。プラムは直径290メートルのフラッグ (Flag) クレーターのへりにある、直径36メートルの小クレーターであった。科学者らは、フラッグ・クレーターは上層部のレゴリスから下部のケイリー地層までを貫通していると考えていた。着陸船から1.4キロメートル離れたところにあるフラッグ・クレーター周辺で資料を集めている際、ヤングは管制室の要求に応え、アポロ計画で得られたものの中で最大のものとなる角礫岩のサンプルを採集した。この石は計画の主任研究員ウィリアム・ミュールバーガー (William R. Muehlberger) にちなんで、後にビッグ・ミューレイ (Big Muley) と名づけられた。この日の次の訪問地は、着陸船から1.6キロメートル (0.99マイル) のところにあるバスター (Buster) クレーターだった。ヤングがそこで磁場測定実験を行なっている間、デュークはストーン (Stone) 山とサウスレイ・クレーターの写真を撮った。このとき科学者らは、デカルト高地が過去の火山活動で形成されたものだとするこれまでの仮説に疑念を抱き始めていた。なぜなら二人の飛行士は、この時点でいまだに火山で生成された物質を発見できていなかったからである。バスター・クレーターにいる間、ヤングは月面車のデモ走行を行い、デュークがその様子を16mmフィルムのカメラで撮影した。着陸船に戻ってALSEPでさらなる任務を完了した後、両名は月面活動を終了した。船内に戻ったのは、船外活動を開始してから7時間6分56秒後のことであった。ハッチを閉めると、飛行士らは船室を加圧し、管制室にいる科学者たちと30分ほど意見交換をした。その後船室を就寝モードに設定し、睡眠をとった。第六日、両飛行士は予定よりも30分早く起床し、管制センターとこの日の予定について協議した。第2回船外活動の主要な目的は、ストーン山を訪れ、約20度の傾斜を上り、着陸船から3.8キロメートルのところにあるシンコ (Cinco) と呼ばれる五つのクレーターが集合する場所を訪れることだった。準備が完了すると二人はただちに月面車に搭乗し、最初の訪問地であるシンコ・クレーターに向かった。彼らは目的地で標高152メートルまで到達し、アポロ計画で着陸船に対して最も高いところまで登ることとなった。ストーン山山腹からの光景をデュークは「絶景」と表現し、周辺でサンプルを収集した。54分間の活動の後、二人は月面車に戻り、第二の目的地であるステーション5という直径20メートルのクレーターに向かった。そこでは着陸地点の南にあるサウスレイ・クレーターの噴出物を浴びていないデカルト高原の標本が採集できるものと期待された。飛行士がそこで採集したサンプルは、起源は明らかではなかったものの、地質学者のドナルド・ウィルヘルムス (Donald Wilhelms) は「間違いなくデカルトのものだと賭けてもよい」と後に語った。次の目的地ステーション6は直径10メートルの濃淡のあるクレーターで、ケイリー地層の証拠としてより硬度の高い土壌が採集できるのではないかと思われた。ステーション7は時間節約のために省略された。次のステーション8は、ストーン山のふもとに近い山腹だった。そこで両名は、サウスレイ・クレーターから延びる「レイ (ray)」と呼ばれる放射線状の模様の上で1時間ほどサンプルを採集し、白黒の角礫岩と、斜長石に富む結晶の線が入った小さな石を発見した。ステーション9は「空閑地」と呼ばれているところで、サウスレイの噴出物の影響を受けていない場所であると考えられていた。そこではサンプルの収集に40分を費やした。ステーション9を出発してから25分後、両名はこの日の最終目的地であるALSEPと着陸船の中間地点に到着し、ALSEPの東50メートルの延長線上に穴を掘っていくつかの土壌貫入の実験をした。ヤングとデュークの要請で活動時間は10分延長されて総計で7時間23分26秒に達し、15号までの記録を更新した。その後二人は第2回の月面活動を終えて着陸船に戻り、ハッチを閉めて船内を加圧した。夕食を済ませて管制センターにこの日の活動について報告を終えると、船室を就寝モードに設定して睡眠をとった。飛行七日目は月面活動の最終日であり、このあと飛行士らは軌道上で待機するマッティングリーが乗る司令・機械船と再ドッキングをすることになっていた。第3回船外活動では、両名はアポロ計画で宇宙飛行士が訪れたクレーターの中では最大のものとなる、着陸地点北部にあるノースレイ・クレーターを探索する予定であった。月面車でオリオンを出発し、0.8キロメートル (0.5マイル) ほど離れてから進路を北に向け、そこから1.4キロメートル離れたところにあるノースレイに向かう。途中までは月面は平坦で石も少なく道のりは順調だったが、近づくにつれて石は大きくなり、その数も増えてきた。クレーターのへりに到達したとき、彼らは着陸船からは4.4キロメートル離れていた。到着後、直径1キロメートル、深さ230メートルに及ぶノースレイの写真を撮り、その後「ハウス・ロック」という名の、4階建てのビルよりも高い巨大な岩石を訪れた。ここで採集されたサンプルは、デカルト高原の火山起源説が誤りであることを最終的に証明するものとなった。ハウス・ロックの表面には、流星塵が衝突したことを示す無数の小さなクレーターがあった。1時間22分後、両名はノースレイから0.5キロメートルのところにある、多くの大きな岩石が転がるステーション13に向けて出発した。その途中、下り道を走行しているときに彼らは時速17.1キロメートル (10.6マイル) という月面車の速度記録を達成した。ステーション13では高さ3メートルほどもある岩を発見し、「シャドウ・ロック (Shadow Rock)」と命名した。そこで彼らは、恐らく何億年も前から影の中にあったであろう土壌を採集した。このとき軌道上のマッティングリーは、約6時間後のヤングらの帰還に備えて司令・機械船の準備をしていた。3時間6分後、両飛行士は着陸船のところまで戻っていくつかの実験を完了させた。そのあとヤングは、月面車の「廃車」の準備を始めた。「特等席」と呼ばれる、着陸船から約90メートル離れた場所まで車両を移動させる。地上の管制官が遠隔操作で月面車のカメラを操作して、そこから着陸船が離陸する場面を撮影するのである。一方でデュークはその間、家族の写真と空軍の記念メダルを月面に置いた。そのあと両名は着陸船内に戻り、5時間40分に及んだ最後の月面活動を終了した。船室を加圧し、月周回軌道帰還のための準備を始めた。