Apollo 10
Điểm nhấn sứ mệnh > Quỹ đạo Mặt Trăng > Chuyến bay của Snoopy

Kiểm tra xong Snoopy, Stafford và Cernan quay trở lại Charlie Brown để nghỉ ngơi. Sau đó, họ vào lại Snoopy và tách nó khỏi CSM lúc 98:29:20. Young vẫn ở lại CSM và trở thành người đầu tiên bay một mình trên quỹ đạo Mặt Trăng. Sau khi ngắt ghép nối, Stafford cùng Cernan triển khai thiết bị hạ cánh và kiểm tra các hệ thống của LM. CSM đã thực hiện cú đốt cháy trong 8,3 giây bằng các động cơ đẩy RCS để tách ra khỏi LM một khoảng 30 foot (9,1 m), kế tiếp là bước kiểm tra trực quan LM từ CSM của Young. CSM lại tiến hành một lần đốt cháy để tách rời khác, lần này đẩy hai tàu vũ trụ ra khoảng 3,7 kilômét (2 hải lý). Sau đó, phi hành đoàn LM thực hiện thao tác đưa tàu vào quỹ đạo hạ cánh (descent orbit insertion) bằng cách khởi động động cơ hạ cánh trong 27,4 giây ở thời điểm 99:46:01,6, đồng thời thử nghiệm radar hạ cánh của tàu vũ trụ khi chúng đi xuống độ cao 15.000 mét (50.000 foot), nơi sứ mệnh Apollo 11 tiếp theo sẽ bắt đầu quá trình hạ thấp bằng động cơ để đáp xuống Mặt Trăng. Trước đây, radar hạ cánh của LM chỉ được thử nghiệm ở điều kiện trên Trái Đất. Trong lúc LM thực hiện các thao tác này, Young đảm nhận việc theo dõi vị trí cũng như tình trạng của mô-đun từ CSM và sẵn sàng giải cứu phi hành đoàn LM nếu cần thiết. Cernan và Stafford đã khảo sát ALS-2 sau khi tiến đến độ cao 15,6 kilômét (8,4 hải lý) phía trên bề mặt tại một điểm cách 15 độ về hướng đông mục tiêu. Tiếp theo, hai phi hành gia thực hiện đốt cháy pha (phasing burn) lúc 100:58:25,93, đẩy phi thuyền trong vòng chưa đầy 40 giây để cho phép bay qua ALS-2 lần thứ hai. Lúc này, tàu vũ trụ ở cách Mặt Trăng 14,4 kilômét (7,8 hải lý), cũng là khoảng cách gần bề mặt nhất mà nó tiếp cận. Báo cáo về những quan sát từ các lần bay thấp của LM, Stafford chỉ ra rằng ALS-2 có vẻ mượt mà hơn ông mong đợi và mô tả bề ngoài nơi này giống với vùng hoang mạc xung quanh Blythe, California; nhưng ông cũng nhận thấy Apollo 11 có thể phải đối mặt với địa hình gồ ghề hơn nếu tiếp cận lệch mục tiêu. Dựa trên những quan sát của Apollo 10 từ độ cao tương đối thấp, những nhà lập kế hoạch sứ mệnh của NASA đã tin tưởng ALS-2 và xác nhận đây sẽ là địa điểm mục tiêu của Apollo 11.
Công việc kế tiếp là chuẩn bị cho bước tách tầng cất cánh của LM khỏi tầng hạ cánh, sau đó loại bỏ tầng hạ cánh và khởi động hệ thống đẩy cất cánh để đưa tầng cất cánh về phía CSM. Khi Stafford và Cernan chuẩn bị tiến hành, LM bỗng bắt đầu quay tròn mất kiểm soát. Quá hoảng sợ, Cernan hét lên "Khốn kiếp!" vào một chiếc micro đang bật trên sóng trực tiếp; hành động này cùng với những từ ngữ khác mà phi hành đoàn sử dụng trong suốt nhiệm vụ đã gây ra một số lời phàn nàn ở Trái Đất. Stafford loại bỏ được tầng hạ cánh sau khi bắt đầu lộn nhào khoảng năm giây và cố gắng giành lại quyền kiểm soát một cách thủ công; viên chỉ huy nghi ngờ rằng có thể một động cơ đẩy vẫn đang hoạt động. Ông đã thành công giành lại quyền kiểm soát kịp thời để định hướng tàu vũ trụ nhằm ghép nối lại với Charlie Brown. Vấn đề được xác định là do công tắc điều khiển chế độ của hệ thống dẫn đường khi hủy bỏ (abort guidance system); công tắc này phải được gạt theo quy trình, nhưng do cả hai thành viên phi hành đoàn đều chuyển công tắc nên đã đưa nó trở về vị trí ban đầu. Nếu phóng Snoopy sai hướng, họ có thể sẽ bỏ lỡ cuộc gặp gỡ với Charlie Brown hoặc đâm vào Mặt Trăng. Khi Stafford lấy lại quyền kiểm soát tầng cất cánh của LM sau khoảng tám giây, cặp đôi đã khởi động động cơ cất cánh ở điểm thấp nhất trong quỹ đạo của LM, mô phỏng thao tác đưa tàu vào quỹ đạo sau khi phóng từ bề mặt Mặt Trăng trong một nhiệm vụ hạ cánh tương lai. Snoopy lướt theo quỹ đạo đó trong khoảng một giờ trước khi khai hỏa lại động cơ để tiếp tục điều chỉnh cách tiếp cận Charlie Brown.
Snoopy đã gặp và ghép nối lại với Charlie Brown vào lúc 106:22:02, chưa đầy tám giờ sau khi tách rời. Sự kiện ghép nối được truyền hình trực tiếp có màu từ mô-đun chỉ huy và dịch vụ. Sau khi Cernan cùng với Stafford quay lại Charlie Brown, các phi hành gia chốt kín Snoopy và tách LM này khỏi CSM. Phần nhiên liệu còn lại trong động cơ tầng cất cánh của LM đã được đốt cháy để đưa nó vào đường đi bay vượt qua Mặt Trăng và tiến vào quỹ đạo nhật tâm.
Đây là Apollo LM duy nhất có kết thúc như vậy. Tầng cất cánh của Apollo 11 về sau đã bị bỏ lại trên quỹ đạo Mặt Trăng để rơi xuống một cách ngẫu nhiên, trong khi tầng cất cánh của những sứ mệnh Apollo tiếp theo (12, 14, 15 và 17) được cho đâm vào Mặt Trăng để thu thập số liệu từ các địa chấn kế đặt gần bề mặt, với hai trường hợp ngoại lệ: tầng cất cánh của Apollo 13, được phi hành đoàn sử dụng như một "xuồng cứu sinh" nhằm trở về Trái Đất an toàn trước khi thả ra để cháy rụi trong bầu khí quyển Trái Đất, và tầng cất cánh của Apollo 16, thứ mà NASA đã mất quyền kiểm soát sau khi loại bỏ.