Apollo 8
Sứ mệnh > Quỹ đạo Mặt Trăng

Động cơ SPS được đánh lửa lúc 69 giờ, 8 phút và 16 giây sau khi phóng và đốt cháy trong 4 phút 7 giây, đưa tàu vũ trụ Apollo 8 vào quỹ đạo quanh Mặt Trăng. Cú đốt cháy ấy được phi hành đoàn mô tả là bốn phút dài nhất trong cuộc đời họ. Nếu không đốt cháy đúng khoảng thời gian, phi thuyền có thể đi vào một quỹ đạo Mặt Trăng hình elip cao hoặc thậm chí bị ném vào vũ trụ. Nếu nó kéo dài quá lâu, phi thuyền sẽ có rủi ro đâm vào thiên thể này. Sau khi chắc chắn rằng tàu vũ trụ đang hoạt động, cuối cùng phi hành đoàn cũng có cơ hội nhìn ngắm Mặt Trăng, nơi mà họ sẽ bay quanh trong 20 giờ tiếp theo.
Trên Trái Đất, Kiểm soát Sứ mệnh vẫn tiếp tục chờ đợi. Nếu phi hành đoàn không đốt cháy động cơ hoặc quá trình đốt cháy không kéo dài trong khoảng thời gian dự định, họ sẽ xuất hiện sớm hơn từ phía sau Mặt Trăng. Vào ngay chính xác thời điểm đã tính toán, tín hiệu được truyền về từ tàu vũ trụ và cho thấy nó đang ở quỹ đạo 193,3 nhân 69,5 dặm (311,1 nhân 111,8 km) quanh Mặt Trăng.
Sau khi báo cáo về tình trạng phi thuyền, Lovell đã đưa ra mô tả đầu tiên về bề mặt vệ tinh tự nhiên của Trái Đất như sau:
Về cơ bản thì Mặt Trăng có màu xám, không màu sắc; nó giống như vữa thạch cao hoặc một loại cát bãi biển xám. Chúng ta có thể nhìn thấy khá nhiều chi tiết. Sea of Fertility ở đây trông không nổi bật như nhìn từ Trái Đất. Không có nhiều sự tương phản giữa nó và các miệng hố xung quanh. Các hố va chạm đều được mài giũa thành hình tròn. Chúng có khá nhiều, một số cái thì mới hơn. Có rất nhiều hố trông giống như – đặc biệt là những cái tròn – trông như bị thiên thạch hoặc một loại vật thể bay nào đó bắn trúng. Hố va chạm Langrenus khá lớn; ở giữa nó có một hình nón. Mặt bên trong hố có dạng thềm, gồm khoảng sáu hoặc bảy bậc thang khác nhau trên đường đi xuống.
Lovell tiếp tục mô tả về địa hình mà họ đang bay qua. Một trong những nhiệm vụ chính của phi hành đoàn là do thám các địa điểm hạ cánh trên Mặt Trăng được lên kế hoạch trong tương lai, đặc biệt là Mare Tranquillitatis, bãi đáp dự kiến của Apollo 11. Thời điểm phóng Apollo 8 đã được lựa chọn để mang lại điều kiện ánh sáng tốt nhất cho việc kiểm tra địa điểm. Ngoài ra, người ta còn lắp đặt máy quay phim ở cửa sổ của tàu vũ trụ nhằm ghi lại Mặt Trăng bên dưới ở mức một khung hình mỗi giây. Bill Anders dành phần lớn thời gian trong 20 giờ tiếp theo để chụp nhiều ảnh nhất có thể về các mục tiêu đáng quan tâm. Đến khi kết thúc nhiệm vụ, phi hành đoàn đã chụp hơn 800 bức ảnh tĩnh 70 mm và 700 foot (210 m) phim động (movie film) 16 mm.
Trong suốt một giờ tàu vũ trụ giữ liên lạc với Trái Đất, Borman liên tục hỏi dữ liệu của SPS trông như thế nào. Ông muốn đảm bảo rằng động cơ đang hoạt động và có thể được sử dụng để quay trở lại Trái Đất sớm hơn nếu cần thiết. Ông cũng yêu cầu phi hành đoàn phải nhận được quyết định "go/ no go" trước khi đi qua phía sau Mặt Trăng trên mỗi vòng quỹ đạo.
Khi xuất hiện trở lại trong lần thứ hai đi ra phía trước Mặt Trăng, phi hành đoàn đã lắp đặt thiết bị để phát sóng hình ảnh bề mặt thiên thể này. Anders mô tả về những hố va chạm mà họ đang bay qua. Vào lúc kết thúc quỹ đạo thứ hai, các phi hàng gia thực hiện thao tác đốt cháy LOI-2 của SPS trong 11 giây để làm tròn quỹ đạo thành 70,0 nhân 71,3 dặm (112,7 nhân 114,7 km).
Xuyên suốt hai quỹ đạo tiếp theo, phi hành đoàn tiếp tục kiểm tra tàu vũ trụ cũng như quan sát và chụp ảnh Mặt Trăng. Trong lần đi qua thứ ba, Borman đọc một lời cầu nguyện nhỏ cho nhà thờ của mình. Ông có kế hoạch tham gia buổi lễ tại Nhà thờ Tân giáo St. Christopher's gần Seabrook, Texas, nhưng lại không thể đến do chuyến bay Apollo 8. Một kỹ sư và cũng là giáo dân tại Kiểm soát Sứ mệnh, Rod Rose, đề nghị Borman nên đọc lời cầu nguyện; lời cầu nguyện này có thể được ghi âm và sau đó phát lại trong buổi lễ.