Il viaggio ha ufficialmente inizio il 16 luglio, quando il razzo vettore Saturno 5 lascia il J.F.K. Space Center, la base di lancio della NASA, a Cape Canaveral (Florida).
L’equipaggio è composto da tre veterani, gente che ha già preso parte a voli spaziali: Neil Armostrong, Buzz Aldrin e Michael Collins.  
Il 20 luglio il modulo lunare Eagle si sgancia da quello di comando Columbia, sul quale resta il solo Collins; mentre si avvicinano alla superficie, Armostrong e Aldrin si rendono conto che è molto più rocciosa e sconnessa di quanto era stato supposto. L’Eagle procede la discesa, fino a quando, alle 22:17 (ora italiana), tocca terra, nei pressi del cosiddetto “Mare della Tranquillità”.
Dopo avere predisposto l’attrezzatura, alle 4.57 (ora italiana) Neil Armstorng è il primo uomo sulla luna: “Questo”, dice appoggiando il piede, “è un piccolo passo per un uomo, ma un grande balzo per l'umanità”. Buzz Aldrin (che definirà lo scenario lunare una “magnifica desolazione”) lo segue poco dopo. Sparsi per il mondo, almeno seicento milioni di spettatori seguono le immagini in bianco e nero con il fiato sospeso (accompagnati, in Italia, dalla celebre telecronaca di Tito Stagno).
È un momento storico, che ha valore scientifico (i due astronauti trascorrono sulla superficie lunare circa due ore e mezza, e scattano foto, recuperano campioni di terreno e predispongono l’attrezzatura in modo da ricavare informazioni utili per le spedizioni successive), politico (la missione è la trasposizione spaziale della guerra fredda, che vede opporsi USA e URSS, e la bandiera americana, piantata nel terreno, ha una forte valenza simbolica) e, ovviamente, emotivo (l’uomo lascia la Terra, vola nel cielo, nell’Universo; le sue domande trovano un'eco ancora maggiore).  
Prima di ritornare sul modulo lunare, i due lasciano una targa di acciaio inossidabile, sottoscritta dal presidente americano Richard Nixon: "Here men from the Planet Earth first set foot upon the moon, July 1969. We came in peace for all mankind" (Qui, uomini del pianeta Terra posero il piede sulla Luna per la prima volta, luglio 1969. Siamo venuti in pace, a nome di tutta l'umanità).