Jabarkan Columbia di orbit Bulan dari Apollo 11

Saat terbang sendirian di sekitar Bulan, Collins tak merasa kesepian. Meskipun ia digambarkan sebagai sosok penyendiri dan terabaikan, Collins tetap merasa menjadi bagian dari misi. Dalam autobiografinya ia menulis: "upaya ini disusun untuk tiga orang, dan saya menganggap peran saya sama pentingnya dengan yang lainnya". Setelah berada di orbit selama 48 menit, ketika ia terputus dengan kontak radio dari Bumi pada saat Columbia melewati sisi jauh Bulan, ia tidak merasa takut atau kesepian, melainkan merasakan "kesadaran, antisipasi, kepuasan, percaya diri, dan kegembiraan".

Salah satu tugas pertama Collins adalah melacak lokasi LM di dataran Bulan. Untuk memberi Collins ide ke mana harus mencari, Mission Control mengirim sinyal radio yang menjelaskan bahwa LM mendarat sekitar empat mil dari target pendaratan. Setiap kali ia melewati lokasi pendaratan yang dipandu oleh radio, ia tidak berhasil menemukan LM. Saat terbang melewati orbit pertamanya di sisi belakang Bulan, Collins mengerjakan kegiatan bersih-bersih seperti membuang kelebihan air yang dihasilkan sel bahan bakar dan membereskan kabin untuk kepulangan Armstrong dan Aldrin.

Tepat sebelum mencapai sisi gelap pada orbit ketiga, Mission Control memberi tahu Collins ada masalah pada suhu pendingin. Jika terlalu dingin, separuh Columbia akan membeku. Mission Control menyarankannya untuk mengambil kendali manual dan menerapkan Environmental Control System Malfunction Procedure 17. Sebaliknya, Collins memindahkan sakelar dari mode otomatis ke manual dan memindahkannya kembali ke mode otomatis, dan kemudian lanjut bersih-bersih, sambil tetap mengawasi suhu. Ketika Columbia kembali ke sisi dekat Bulan, ia melaporkan bahwa masalah tersebut telah terselesaikan. Pada beberapa orbit berikutnya, ia menjelaskan waktu yang dihabiskannya di sisi belakang Bulan sangat "santai". Setelah Aldrin dan Armstrong menyelesaikan EVA, Collins tidur agar ia punya cukup tenaga untuk melakukan tindakan berikutnya. Ketika Mission Control memerintahkan agar Eagle disatukan dengan Columbia, Collins siap menerbangkan Columbia turun untuk bersatu dengan Eagle.