S-ICが切り離された後、S-IIは6分間にわたって燃焼し、機体を高度176kmまで上昇させ時速25,182km（秒速7km）まで加速する。S-ICの切り離しから30秒後に、第一段と第二段の接続リングが投棄される。さらにその3秒後に、緊急脱出用ロケット (LES) が切り離される。なおLESを投棄した後も、飛行士には様々な脱出手段が用意されている。第二段の点火から38秒後に、ロケットの制御は事前にプログラムされていたものから、コンピューターによる自動制御に切り替わる。もし自動制御装置が故障した場合は、飛行士はロケットの制御を司令船のコンピューターに移行するか、緊急脱出するかの二択となる。第二段の燃焼停止90秒前に、縦方向の共振を抑えるために中央エンジンの燃焼が停止される。初期のミッションでは第一段と同様、加速度を抑えるために中央エンジンが早期にカットされていたが、アポロ14号以降は振動を抑制するためにこの手順が導入された。この時間帯に、第二段に残っている利用可能な燃料は残り少なくなっているため、液体酸素の流量が下げられて混合比が変えられる。この操作は、あらかじめ決定されたデルタ-Vマニューバ（軌道速度微小変化操作）によって行われる。S-IIのタンクの底には推進剤の残量を計測するセンサーが5個設置されており、その中のどれか2つが「タンクが空になった」という信号を発信すれば、エンジンは停止される。1秒後に、頂上部に設置された固体燃料ロケットが逆噴射して両者を分離し、さらに数秒後に第三段ロケットが点火される。その後S-IIは、発射地点から4,200km離れた大西洋上に落下する。
第一段は2分半の燃焼で2,000トンの燃料を消費し、機体を高度68km、時速9,921km（マッハ8）にまで到達させる。発射8.9秒前に、まず中央エンジンが点火され、続いて周囲の対角線上にあるエンジンが、機体にかかる負荷を抑えるために300ミリ秒の間隔をおいて点火される。発射2秒前にエンジンが全開になり、機体に搭載されたコンピューターが異常がないことを確認すると、ロケットと塔をつないでいたアームが切り離される。続いて第一段を発射台に固定していたピンが外され、機体はすみやかに離陸を開始する。機体が完全に塔から離れるまでには、約12秒かかる。その間、強風が吹いて塔と接触したりすることのないように機体は塔と反対の方向に1.25度傾けられる（この運動はわずかなものだが、東西方向から撮影された映像では確認することができる）。高度130mに達すると機体は方位角を合わせるためにローリングを開始し、第二段点火の38秒前まで徐々に角度を傾けていく。このプログラムは、発射が行われる季節の風向きによっても異なってくる。高度約2,000mで秒速480m（マッハ1.4）に達し、飛行の初期段階はもっぱら高度を得ることに費やされ、速度を得るのは後半部分になる。発射後約80秒で、最大動圧点（ロケットの増速度による動圧の増大と、大気圧の低下による動圧の減少が拮抗する点）に達する。その後も速度は増加し続けるが、気圧の低下による動圧の減少の寄与のほうが大きいので、この時点以上の動圧が掛かることはない。すなわち、「機体が耐えなければならない動圧」という観点では、ここが最も最大となる点である。機体は燃料を消費することによって次第に軽くなり、さらにF-1エンジンは気圧が低くなると推力が増大するために、加速度はどんどん大きくなっていく。そのため、加速度を4G以下に抑えるよう発射後135秒で中央エンジンは燃焼を停止する。しばらくすると再び加速度は増大するものの、4Gになる直前で第一段の燃焼が終了する。エンジン停止後1秒以内に第一段ロケット上部の8基の固体燃料ロケットが噴射され、機体を上段ロケットから引き離す。高度67kmで切り離されたS-ICは、その後放物線軌道をとり高度110kmまで上昇し、発射場から560km離れた大西洋上に落下する。
サターンVはアポロ計画のすべての月飛行で使用された。いずれもケネディ宇宙センター第39発射施設から発射され、機体が完全に塔から離れた直後から、管制はテキサス州ヒューストンにあるジョンソン宇宙センターに移行する。全飛行期間中にロケットが噴射される時間は、トータルで20分程度にすぎない。アポロ6号と13号ではエンジンが故障する事態が発生したが、機体に搭載されたコンピューターが残りのエンジンの噴射時間を自動的に延長して、軌道を修正した。
ポーツマス工廠で建造。1930年9月12日に起工、1931年9月30日に進水し、1932年5月2日に竣工した 。本国艦隊の第2駆逐群に編入。アビシニア危機の際は地中海艦隊に編入され、次いで紅海に派遣された。スペイン内戦時の1936年7月から8月はスペインのビスケー湾沿岸で活動した。1938年4月28日からシアネスで改装を開始。「クルセイダー」はカナダに817,500カナダドルで売却され、6月15日にオタワとして就役した。「オタワ」はカナダの太平洋側配備となり1938年11月7日にエスクワイモルトに到着した。1939年11月15日にハリファックスへの移動が命じられ、「オタワ」はそこで船団護衛に従事し12月10日にはイギリスへ向かうカナダ第1歩兵師団の半数を運ぶ船団を護衛した。1940年4月、「オタワ」は曳船「Bansurf」との衝突事故で艦尾を破損し、修理に2ヶ月を要した。1940年8月27日に「オタワ」はスコットランドのグリーノックへ向けて出航し、9月4日に到着するとウェスタンアプローチ管区の第10護衛グループに編入された。10月、後部魚雷発射管が撤去され12ポンド高角砲が搭載された。9月24日から26日に、ドイツ潜水艦に撃沈された2隻のイギリス商船の生存者を救助（「U43」に沈められた「Sulairia」の55名と「U29」に沈められた「Eurymedon」の60名）した。11月7日、イギリス駆逐艦「ハーヴェスター」によるイタリア潜水艦「コマンダンテ・ファア・ディ・ブルーノ」撃沈を支援。11月中旬、286M型近距離対水上捜索レーダーが搭載された。しかし、これは前方しか探査できないため艦自体を目標に向ける必要があった。11月23日、ドイツ潜水艦「U100」に沈められた穀物運搬船「Bussum」の生存者29名を救助した。「オタワ」は1941年6月にカナダに戻り、大西洋中央部での船団援護に当たるカナダ海軍のNewfoundland Escort Forceに編入された。1942年5月、C4護衛グループに転属。9月14日、セントジョンズの東500海里でON127船団護衛中であった「オタワ」はドイツ潜水艦「U91」の雷撃を受けた。10分後、行動不能であった「オタワ」に2発目の魚雷が命中。「オタワ」は10分後に沈没し、艦長以下114名が死亡、69名が救助された。