Однако в начале 1960–х годов США уже фактически догнали советскую космонавтику: 5 мая 1961 года в США была запущена ракета с капсулой «Меркурий», в которой совершил 15–минутный полет Аллан Шепард, 21 июля аналогичный полет совершил Вирджил Гриссом, а 20 февраля 1962 года подполковник Джон Гленн стал первым американским астронавтом, совершившим облет Земли на корабле «Френдшип–7». В 1962 году состоялся и первый эксперимент по передаче телевизионных сигналов через спутник связи «Телстар».
В рамках космического проекта «Джемини» было произведено десять запусков пилотируемых кораблей, с которых для Америки началась история длительных космических полетов, выходов в открытый космос, стыковок на орбите и высадки на Луну. В июне 1966 года Эдвард Уайт совершил выход в открытый космос, в течение 20 минут перемещаясь вокруг корабля «Джемини–4» с помощью маленького реактивного двигателя. Полет «Джемини–5» длился 8 дней, «Джемини–7» — 14 дней, а «Джемини–6» и «Джемини–8» стали первыми американскими космическими кораблями, совершившими стыковку на орбите. Летавший на «Джемини–12» Эдвин Олдрин провел в открытом космосе 5,5 часа (1966).
Первой черной страницей в истории американской астронавтики стала гибель во время тренировки трех астронавтов, готовившихся к полету на «Аполлоне». Из–за пожара на борту корабля 27 января 1967 года погибли Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чеффи. Катастрофа произошла всего за 10 минут до конца тренировки, В Рождество 1968 года американцы впервые услышали праздничное приветствие от находившегося в полете экипажа «Аполлона–8»: Фрэнк Борман, Джеймс Ловелл и Уильям Андерс первыми совершили облет Луны, сделав снимки ее поверхности с близкого расстояния.
20 июля 1969 года американцы Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин стали первыми землянами, ступившими на поверхность Луны. Нога Армстронга коснулась лунного грунта в районе моря Спокойствия в 10 часов 56 минут вечера, девятнадцатью минутами позднее к нему присоединился Олдрин. Их «прогулку» наблюдали по телевидению около 600 миллионов человек, навсегда запомнившие слова Армстронга: «Один человеческий шаг — один гигантский скачок для человечества», по популярности способные конкурировать с гагаринским «Поехали!». Несмотря на кажущуюся легкость движений астронавтов в условиях пониженной силы тяжести, они были облачены в скафандры, весившие около 50 килограммов. Астронавты провели на Луне два часа, установив на месте высадки американский флаг, научные приборы и произведя сбор образцов лунного грунта. В 1 час 55 минут ночи 23 июля посадочный модуль оторвался от лунной поверхности и доставил астронавтов на «Аполлон–11», находившийся на окололунной орбите, где их ожидал третий участник экспедиции Майкл Коллинз.
