Oppskytingen gikk uten problemer og plasserte Apollo 4 i bane 185 km over jordoverflaten. Etter to omløp rundt Jorden tente det tredje trinnet på nytt og sendte romskipet i en ellipseformet bane med en apogeum på mer enn 17 000 km. Kommandomodulen tente da på nytt og sendte romskipet ytterligere 100 km ut i rommet før den tente motoren en siste gang og gikk inn i atmosfæren igjen med en hastighet på 40 000 km/t.