鉴于不准“二等公民”发射美国第一颗卫星带来惨痛失败的教训，NASA在实施“阿波罗”计划时，首先将布劳恩的4人班子划归名下，拨款1亿4千万美元，研制发射登月飞船的大型运载火箭“土星5”号。

转变“水星”和“双子星座”两个载人飞行计划的内容，使其为载人登月服务，弄清楚人能否在太空长期生活和工作，练习太空行走和航天器的轨道会合与对接。

实施“徘徊者”、“勘测者”和“月球轨道飞行器”三个无人探测计划，摸清楚月球表面状况和飞船能否在月面降落、在什么地方降落等问题。

集中精英，研制登月飞船，制订登月方案。人们匠心独运，提出种种登月方案。后集中归纳为“直接登月法”、“地球轨道会合法”、“加油飞机法”、“月球表面会合法”、和“月球轨道会合法”等5种方案。经过艰难的取舍，最后确定采用“月球轨道会合法”，就是用火箭将载3人的飞船送入绕月球飞行的轨道，然后释放载2人的登月舱降落到月面上，两名航天员完成在月面的考察任务后，乘登月舱的上半段上升，与绕月飞行的指挥舱对接，3人会合后抛掉登月舱上半段，返回地球。

为实施“阿波罗”计划，美国几乎全国动员。在1965年，仅参加这项工作的航天和电子工程师就有43000人。在1966年，直接工作人员达42万人。前后参加的主要公司达2万家，大学约120所，人员400万，直接耗资250亿美元。

从1963年11月开始对火箭和飞船进行飞行试验，到1965年底共进行10次。以后发射的飞船开始编号。1966年2月到8月发射的“阿波罗1-3”号，两次亚轨道飞行，1次轨道飞行。“阿波罗4A”号飞船在地面演练时，因纯氧座舱起火，3名航天员被烧死。

改进设计后，“阿波罗4B－6”号飞船进行无人轨道试验飞行。1968年10月到1969年5月，“阿波罗7-9”号先后载人进行地球轨道和月球轨道飞行。这样，终于迎来了“阿波罗”号的登月飞行！