Ved den påfølgende karrieren i krigen ble Aldrin innsatt som instruktør i luftartilleri ved flybasen Nellis i Nevada og deretter til assistere rektor ved fakultetet til det amerikanske flyvåpenets akademi som da nylig var kommet i gang i 1955. Han fløy F-100 Super Sabre som flykommandant ved flybasen Bitburg i Vest-Tyskland i 22. flyskvadron. I 1963 tok Aldrin sin D.Sc., en høyere doktorgrad, i astronautikk fra Massachusetts Institute of Technology. Hans eksamensavhandling var «Line-of-sight guidance techniques for manned orbital rendezvous», hvor han i dedikasjonen skrev at «I håpene at dette arbeidet på et vis kan bidra til deres utforskning av verdensrommet, er det dedikert til mannskapet til dette landets president og framtidige bemannede romprogrammer. Om bare jeg kunne bli med dem i deres spennende bestrebelser.» Ved fullførelsen av sin doktorgrad ble han overført til Gemini Target Office for romfartsavdelingen i Los Angeles før han ble utvalgt som en astronaut. Hans første søknad for å bli astronaut ble avslått på grunnlag av at han aldri hadde vært testpilot, men forutsetningen ble fjernet og han søkte på nytt og ble akseptert inn i den tredje astronautklassen.