アポロ8号
9月9日、飛行士たちはシミュレーターで準備を始めた。ミッションが始まるまでに、実際の飛行における作業1時間あたり7時間のトレーニング時間を費やした。飛行士たちは飛行のすべての段階について訓練されていたが、各人がそれぞれ専門的に修得しておかなければならないものもあった。たとえば船長のボーマンは大気圏再突入の際における司令船の制御、ラヴェルは万が一宇宙船が地球と交信できなくなった場合の天測航法の技術、アンダースは宇宙船が指示どおり機能しているかをチェックする役割を、それぞれ与えられていた。
9月21日、1969年中に月面着陸をするという目標にさらなるプレッシャーを与えるできごとが起こった。ソビエト連邦のゾンド5号がヨツユビリクガメやいくつかの生き物を乗せて、月を周回して地球に帰還したのである。NASAやマスコミは、ソ連が同型のゾンド宇宙船に飛行士を乗せて、1968年の終わりまでに月を周回してしまうのではないかと憶測した。
ケネディ宇宙センター内の飛行士専用居住区画で生活している8号の搭乗員たちは発射の前夜、チャールズ・リンドバーグとその妻アン・モローの訪問を受けた。彼は飛行士たちに、1927年にスピリットオブセントルイス号で大西洋を横断する前、地球儀の上に糸を当ててニューヨークとパリの間の距離を測り、それによって燃料の量を計算したことなどを話した。そのときの燃料の総量は、サターン5型ロケットが1秒間に消費する量の10分の1であった。その翌日、リンドバーグは発射場近くの砂丘から8号の発射の様子を目撃した。
アポロ8号は、アメリカ合衆国のアポロ計画における2度目の有人宇宙飛行である。1968年12月21日に発射され、地球周回軌道を離れて月を周回し、再び安全に地球に戻ってきた初の宇宙船となった。
船長のフランク・ボーマン、司令船操縦士のジム・ラヴェル、着陸船操縦士のウィリアム・アンダースの三人の宇宙飛行士は、人類として初めて (1) 地球周回軌道を離れ、(2) 地球全体を一目で見、(3) 月の裏側の様子を確認し、(4) 月において地球の出を目撃した。この1968年のミッションはサターン5型ロケットの三度目の飛行であり、また同ロケットを使用しての初の有人飛行であった。さらにフロリダ州のケープカナベラル空軍基地に隣接するケネディ宇宙センターから有人宇宙船が発射されるのも、これが初めてのことであった。
当初の予定では1969年初頭に司令・機械船と月着陸船を楕円中軌道に乗せての二度目の試験飛行となるはずだったが、着陸船の制作が遅れていたため1968年8月に予定が変更され、より意欲的に司令・機械船のみを使って月を周回することに決定した。
8号は複数の天体を周回する史上初の有人宇宙船であるため、その軌道要素は月遷移軌道への投入操作を境にして二つの側面を持つ。
アポロの月飛行は、まず地球上空 100海里 (185km) を周回する待機軌道から始まる。8号の待機軌道は遠地点 99.99海里 (185.18km)、近地点 99.57海里 (184.40km)、赤道に対する軌道傾斜角 32.51°、地球周回時間 88.19分であった。なお、2時間44分30秒の軌道待機中にロケットの中に余っていた推進剤を投棄したことにより、その反動で遠地点は 6.4海里 (11.9km) 上昇した。
その後第三段ロケットS-IVBを 318秒間噴射することにより、63,531ポンド (28,817kg) の宇宙船の速度を軌道周回速度の秒速 7.793kmから 10.822kmにまで上昇させ、月遷移軌道に投入した。なおこれは、人類がそれまで達成した地球に対する相対速度としては史上最速のものであった。またこれは地球脱出速度の秒速 11.
1970年、8号の司令船は大阪で開催された万国博覧会のアメリカ館に出展された。現在はシカゴの科学産業博物館に、ラヴェルが寄贈した飛行に関係する小物およびボーマンが着用した宇宙服とともに展示されている。またラヴェルの宇宙服はNASAのグレン研究センターの資料館に、アンダースの宇宙服は英国ロンドンの科学博物館に展示されている。
地球への帰路は、飛行士たちにとって最もリラックスできる時間だった。地上のスタッフが軌道を正確に計算してくれている限り、宇宙船はエンジン噴射から二日半後に太平洋に着水することになっていた。
クリスマスの午後、飛行士たちは五回目のテレビ中継を行った。今回の中継では船内を案内し、その中でどのように生活しているのかなどを紹介した。放送を終えたとき、彼らは食料庫の中に統括責任者のスレイトンからの小さなプレゼントがあるのを見つけた。詰め物がされた本物の七面鳥料理で、これはベトナム戦争で戦場にいる兵士たちが受け取ったのと同じものであった。またスレイトンからは、ブランデーの小瓶が三つ用意されているというもう一つのサプライズがあったのだが、ボーマンの指示で地球に帰るまでそのままにされていた (宇宙船内ではアルコールは禁止されていた)。瓶の蓋は飛行後数年たっても開けられることはなかった。この他に、飛行士の妻たちからのプレゼントも用意されていた。この翌日、発射からおよそ124時間後に最後となる六度目のテレビ中継が行われた。この四分間の放送の中で撮影された地球の映像は、これまでで最良のものだった。
これといって重要な仕事もない二日間の飛行の後、飛行士たちは大気圏再突入の準備を始めた。再突入の作業はすべてコンピューターが行うので、飛行士たちがするべきことは宇宙船を正しい姿勢に置く作業だけだった。もしコンピューターが故障した場合は、ボーマンがコンピューターを引き継ぐことになっていた。
これにより宇宙船は月の表面から 71.1マイル (115.4km) の地点を通過することになった。
発射から64時間後、飛行士たちは月周回軌道進入の準備を始めた。この操作は完璧に行われなければならないものであった。また軌道力学的な理由により、その操作が行われるのは (地球から見て) 月の裏側の地点だった。68時間後、管制センターは操作を実行するかどうかの最終的な検討をした後、「予定通り実行せよ」との指令を伝えた。68時間58分後、宇宙船は月の裏側に入り地球との無線連絡が途絶えた。
軌道進入噴射の10分前、飛行士たちは最後のチェックをし、すべてのスイッチが正しい位置にセットされていることを確認した。そのとき彼らには、月の様子を眺める最後のチャンスがあった。宇宙船はちょうど月の夜の部分から昼の部分へとさしかかっていて、太陽光が月の表面を斜めに照らしているのをラヴェルが発見したが、噴射の時間は2分後に迫っていたため、飛行士たちにはその光景を楽しむ余裕はなかった。