Dowódca misji – Neil Armstrong, pilot modułu księżycowego LEM – Edwin Aldrin oraz pilot modułu dowodzenia – Michael Collins wstali już o 4 nad ranem 16 lipca 1969 roku, w dzień startu misji. Po tradycyjnym przedstartowym śniadaniu założono im skafandry startowe i wysłano „Spacevanem” na stanowisko startowe – teraz już legendarną wyrzutnię 39A. Astronautów umieszczono w module dowodzenia (CM) Columbia na około dwie godziny przed planowanym startem.Odliczanie przebiegło bez większych problemów i o 9.32 czasu lokalnego do dziś najpotężniejsza rakieta w historii – Saturn V – zaczęła kierować astronautów w stronę Księżyca. Gdy rakieta opuściła stanowisko startowe, kontrolę nad misją przejęło słynne centrum lotów załogowych w Houston – obecnie Johnson Space Center.Rakieta umieściła statek Apollo na niskiej orbicie okołoziemskiej. Dwie i pół godziny później ostatni, trzeci, stopień rakiety (nadal przymocowany do statku) wykonał odpalenie, które umieściło astronautów na trajektorii w kierunku Księżyca.
Następnego dnia astronauci znaleźli się już w połowie drogi do Księżyca. Wykonano wtedy jedyny potrzebny manewr korekcji trajektorii lotu. Silnik modułu serwisowego musiał wykonać 3-sekundowe odpalenie, by umieścić statek Apollo na ścieżce przechodzącej około 110 km nad powierzchnią Księżyca. Ziemia była jeszcze mniejsza z perspektywy astronautów podczas prowadzonej transmisji telewizyjnej drugiego dnia misji. Załoga, oprócz widoków na zewnątrz, pokazała w filmie warunki panujące na statku. Jednym ze zmartwień kontroli lotów misji tego dnia była przybyła już na orbitę wokółksiężycową sonda radziecka Łuna 15. Rosjanie poinformowali jednak, że nie będzie ona stanowiła zagrożenia dla amerykańskiej misji załogowej. Co więcej, Związek Radziecki podał dokładne parametry orbity sondy.
Podczas trzeciego dnia misji Apollo 11 astronauci po raz pierwszy weszli do modułu księżycowego Eagle. Astronauci przeprowadzili też trwającą półtorej godziny transmisję z inspekcji lądownika. Tuż przed pójściem spać statek Apollo znalazł się w sferze oddziaływania grawitacyjnego Księżyca.
Czwarty dzień misji astronauci zaczęli od pierwszych dokładnych obserwacji Księżyca. Statek znalazł się później za Księżycem. Kontakt z Ziemią został przerwany, a moduł serwisowy Apollo 11 musiał wykonać odpalenie Lunar Orbit Insertion-1 (LOI-1), które miało go umieścić na orbicie wokół Księżyca.Tak też się stało. Po wyjściu zza niewidocznej strony Księżyca astronauci mogli po raz pierwszy podziwiać wschód Ziemi, a później, pogrążony jeszcze w ciemnościach, obszar, na którym mieli wylądować następnego dnia.