Der Start mit den Astronauten James A. McDivitt, David R. Scott und Russel L. Schweickart war für den 28. Februar 1969 vorgesehen. Da aber alle drei Astronauten unter einer Erkältung litten, musste dieser um drei Tage verschoben werden. Am Montag, dem 3. März 1969 um 11.00 Uhr amerikanischer Ostzeit erfolgte dann der Start von der Startrampe 39 A.

Drei Stunden später wurde die dritte Stufe der Saturn V Rakete vom Mutterschiff getrennt. Oberhalb der Stufe befand sich der Adapter mit der Mondfähre, die von den Astronauten "Spinne" genannt wurde. Nachdem die vier Verkleidungsstücke abgesprengt wurden, entfernte sich das Mutterschiff von der Stufe, drehte sich um 180 Grad und näherte sich ihr nochmals für ein Kopplungsmanöver mit der Mondfähre. Anschliessend setzte das Mutterschiff zurück und zog so die Fähre aus ihrer "Garage". Dieses Manöver gelang, wenn auch mit einer Verspätung von fünfzehn Minuten.

Am zweiten Tag wurde das Haupttriebwerk am Versorgungsmodul gezündet um festzustellen, wie sich das durch die Zündung entstehende Rütteln auf die Landefähre auswirkt. Das Ergebnis war zufriedenstellend. Am folgenden Tag stiegen die Astronauten McDivitt und Schweickart durch den Verbindungstunnel in die Landefähre. Sie aktivierten die Systeme und zündeten probeweise die Triebwerke. Auch bei diesem Test gab es keine Schwierigkeiten.

Dann, am 6 März um 11.08 Uhr, öffnete Schweickart die Luke der Mondfähre für einen Weltraumspaziergang. Ursprünglich sollte er zum Kommandomodul steigen, um so eine Rettungsaktion zu üben, die erforderlich sein würde, wenn Probleme mit dem Verbindungstunnel auftreten. Da Schweickart aber zuvor unter Übelkeit litt, wurde das Aussenmanöver zeitlich verkürzt. Er stellte sich daraufhin nur auf den "Balkon" vor der Ausstiegsluke und fotografierte unter anderem auch David Scott, der seinen Kopf aus der geöffneten Luke des Kommandomoduls herausstreckte. Der Hauptzweck dieser Aussenmission bestand nun aber darin, den neuen Raumanzug zu testen, der den Astronauten vor der Weltraumstrahlung und vor Kleinstmeteoriten schützen sollte. Ausserdem gab es keine Versorgungsleitung zwischen Schweickart und Mondfähre. Sämtliche lebensnotwendigen Einrichtungen befanden sich in einem auf dem Rücken angebrachten Rucksack, so wie es später auch bei der Mondlandung sein sollte.

Der schwierigste Test fand aber am fünften Tag der Mission statt. McDivitt und Schweickart trennten die Mondfähre vom Mutterschiff und entfernten sich mit ihr bis auf 180 Kilometer. Anschliessend zündeten sie probeweise das Landetriebwerk und stiessen später den unteren Teil der Fähre - der bei der Mondlandung u. a. als Startplattform dienen würde - ab. Nachdem auch das Starttriebwerk getestet wurde, koppelten sie das Mutterschiff und den obere Teil der Landefähre wieder zusammen. In den folgenden Tagen stand neben einigen Manövern mit dem Raumschiff das fotografieren der Erde auf dem Flugplan. Die Gesamtausbeute lag bei 1373 Bildern. Bevor am 13. März das Apollo-Raumschiff zur Landung ansetzte, trennten die Piloten das Versorgungsmodul und die Mondfähre vom Kommandomodul und wasserten nach 151 Erdumkreisungen so nahe am Flaggschiff der Bergungsflotte, dass die Kapsel an den Fallschirmen mit blossen Augen zu erkennen war.