Apollo 4
Phi vụ phóng và chuyến bay

Tòa nhà của chúng tôi đang rung lắc! Tiếng gầm của nó thật là lớn! Cái cửa sổ kính to đùng này đang rung lắc! Chúng tôi đang phải giữ nó lại bằng tay! Nhìn chiếc tên lửa đó bay lên kìa! Tiến lên những đám mây ở độ cao 3.000 feet! Tiếng gầm của nó thật là lớn! Nhìn nó đi lên kìa! Bạn nhìn thấy đó. Một phần của trần nhà đã rơi xuống đây.
— Walter Cronkite, 9 tháng 11 năm 1967
10:30 phút sáng ngày 6 tháng 11 năm 1967 EST (hay 03:30 ngày 7 tháng 11 UTC), trình tự đếm ngược kéo dài 56 tiếng rưỡi được bắt đầu với việc nạp thuốc phóng. Tổng cộng đã có 89 xe kéo rơ-moóc chở oxy lỏng, 28 xe rơ-moóc chở LH2 (hydro lỏng), và 27 toa tàu chở RP-1 (kerosene tinh chế). Lần này các vấn đề gặp phải không nhiều và ít nghiêm trọng. Phi vụ phóng đã không bị trì hoãn nhờ vào các built-in hold của quá trình đếm ngược, trong khoảng thời gian này độ trễ tích lũy đã được khắc phục.
Apollo 4 được phóng vào 7 giờ sáng ngày 9 tháng 11 EST (buổi chiều theo giờ UTC). Tám giây trước khi cất cánh, năm động cơ F-1 đánh lửa, tạo nên lượng tiếng ồn cực lớn khắp Trung tâm Vũ trụ Kennedy. Mặc dù bệ phóng tại LC-39 nằm cách Tòa nhà Lắp ráp Phương tiện hơn năm km, áp suất âm thanh mạnh hơn nhiều so với dự kiến ​​và đã ảnh hưởng đến VAB, Trung tâm Điều hành Phóng (LCC) cũng như các tòa nhà báo chí. Bụi bay ra khỏi trần của LCC và tạo thành một lớp trên bảng điều khiển của các nhân viên kiểm soát sứ mệnh. William Donn từ Đại học Columbia đã mô tả vụ nổ như một trong những tiếng động tự nhiên hoặc nhân tạo lớn nhất lịch sử loài người, chưa tính các vụ nổ hạt nhân. Bình luận viên của CBS, Walter Cronkite, và nhà sản xuất Jeff Gralnick phải đặt tay lên cửa sổ quan sát của xe kéo để ngăn nó không bị vỡ khi gạch trần rơi từ trên cao xuống. Cronkite nhận thấy Apollo 4 là sứ mệnh không gian đáng sợ nhất mà ông từng đảm nhận.
Phi vụ phóng đã đưa S-IVB và CSM vào một quỹ đạo gần tròn với độ cao 190 km, cũng là quỹ đạo đậu (parking orbit) danh nghĩa sẽ được sử dụng trong các sứ mệnh Mặt Trăng. Qua hai vòng quỹ đạo, trong khi mô phỏng quá trình đốt cháy phóng chuyển tiếp Mặt Trăng đã đưa các sứ mệnh Apollo sau này tới vệ tinh tự nhiên của Trái Đất, lần đánh lửa lại trong không gian đầu tiên của S-IVB đặt tàu vũ trụ vào một quỹ đạo hình elip với viễn điểm là 17.218 km và cận điểm nhắm một cách có chủ ý tới 84,6 km phía dưới bề mặt Trái Đất; điều này sẽ đảm bảo cả việc tái thâm nhập ở tốc độ cao của mô-đun chỉ huy và sự phá hủy sau khi S-IVB vào lại khí quyển. Không lâu sau lần đốt cháy này, CSM tách khỏi S-IVB và kích hoạt động cơ mô-đun dịch vụ để điều chỉnh viễn điểm thành 18.092 km. Sau khi vượt qua điểm cực đại, động cơ mô-đun dịch vụ hoạt động trở lại trong 281 giây để tăng tốc độ tái thâm nhập lên 11.168 m/s, ở độ cao 120 km và góc đường bay −6,93 độ, mô phỏng các điều kiện khi trở về từ Mặt Trăng.
CM đổ bộ cách địa điểm hạ cánh mục tiêu khoảng 8,6 hải lý (16 km) về phía tây bắc đảo Midway ở Bắc Thái Bình Dương. Cú hạ cánh của nó có thể được quan sát từ boong tàu sân bay USS Bennington, con tàu thu hồi chính. Trong vòng hai giờ, USS Bennington đã thu hồi được CM và một trong những chiếc dù của nó, đánh dấu lần đầu tiên một chiếc dù Apollo được thu hồi để kiểm tra. Tàu vũ trụ bị vô hiệu hóa ở Hawaii, sau đó nó được đưa đến cơ sở của North American ở Downey, California để phân tích sau chuyến bay.