从1961～1969年间，美国宇航员为登月探险进行了22次试验性飞行。
小型的“水星”号飞船约3米长，只带一人。约翰·格伦乘它绕地飞行3圈，在最后一层轨道飞行时，自动控制系统失灵，他用手操纵飞船，平安地返回地球。这表明了宇航员要有娴熟的技术控制水平和灵活机敏的反映能力，以应付意外的变化。戈登·库柏在最后一次“水星”号飞行中，绕地22圈，完成了一些太空项目试验。在睡一觉后，又检查了人在太空的视力情况，他清楚地看到了地球上的闪光信号源，并在地图上精确地标出了它的位置。
“水星”号的试飞表明：人可在太空中生存很多小时，太空环境对人的健康和精神没有损害。若自动控制系统失灵，宇宙飞船可由人来操纵。这些成果是鼓舞人心的。
“双子星座”号是比“水星”号大两倍，可载二人，并试验和实践阿波罗计划中的各种技术的飞船。由于到达月球的“阿波罗”飞船要能改变轨道，所以，1965年，“双子星座”号第一次试飞，两名宇航员绕地一周后，爬上了更高的轨道。第二次试飞，宇航员爱德华·怀特作了约20分钟的空间行走。那是用一根长绳把自己拴在飞船上在空间飘荡，他感到趣味无穷，同伴不得不唤他回去。这表明人不但可离开飞船，还能完全返回飞船。
下次试飞回答了另一重要问题：人在空间能生存多久？两名宇航员作了为期8天的飞行。4个月后，另两名宇航员干得更出色，在太空中生活了近两星期。而科学家们预计，月球之行大约需一星期。
此后，“双子星座”号实现了定点会合。继而阿姆斯特朗和斯科特试图完成飞船与火箭的太空衔接，遗憾的是没有完全成功，而能逃脱这场灾难就算够幸运的了。原来，飞船与火箭绕地球走6圈后，飞船的电子系统突然失灵，与火箭拴在一块儿，并猛烈地旋转着。他俩拼命地挣脱，总算分开了，否则就会丧生，于是他们赶紧返回地球。这项工作由约翰·扬和迈克尔·科林斯的飞行完成了，他俩不仅出色地完成了困难的衔接工作，还从容地离开飞船，对火箭进行了一番检查，并首次收集一些“太空灰尘”后返回飞船。最后，奥尔德林在试飞中离开飞船长达5个半小时，发现失重状态没有给他造成什么严重的问题，表明了人可在月球上工作。
“双子星座”号试飞的结果实践了所有登月航行的复杂技术，回答了科学家和医生们感到烦恼的许多问题。
“阿波罗”飞船试飞实验开始了。1967年1月27日下午，3名宇航员身着航天装，躺着绑在“阿波罗”一号飞船的靠椅上，格伦在左，怀特在中、查菲在右。飞船在“土星一号B”火箭顶端，加在一起高达68.32米，周围是94.55米的工作塔，这是最后一次逼真的排演。座舱里注满了纯氧，但由于火箭没装燃料，大家不认为是一次危险的试验，有点满不在乎。舱门关上了，密封了。“10分钟准备，5分钟准备……”，突然，最后倒数可怕地中断了。原来在注满纯氧的座舱里，一星电火花，使整个座舱里充满了火焰和浓烟。从里面和外面都没有办法迅速打开舱门，3名宇航员全部被烧死在里面。
发射台惨案发生后，牺牲的勇士形象时常萦绕在飞船设计者们的脑际。他们记忆最深的是格伦的话：“要是我们死亡，我们要大家把它当作寻常事。我们做的是一种冒险事业，我们希望，万一我们发生意外，不要耽误计划的进行。征服太空是值得冒生命危险的。”
好事多磨。人们只把这“万一发生”的意外看作是登月付出的代价。他们用近一年的时间对飞船进行了全面的检查与改进，增加了迅速打开舱门等许多安全弹射设备。1968年10月，推迟近两年的试飞又开始了，3名宇航员在太空中度过了10天，绕地飞行163圈，没出现什么问题。两个月后，另3名宇航员乘“阿波罗”8号作了首次绕月飞行。他们成功地绕月飞行10圈，然后返回地球。“阿波罗”9号试飞，宇航员在环绕地球的轨道上练习了定点会合和衔接技术。而“阿波罗”10号的最后一次试飞，宇航员们又在月球轨道上练习了定点会合和衔接技术。当“阿波罗”绕月飞行时，宇航员们试验了着陆系统登月舱。他们把它从飞船上解下来，其中约翰·扬留在指令舱中，塞尔南和斯塔福到登月舱内，降到离月面15千米的地方，然后又爬回来，与飞船重新会合对接。
在这段期间，无人探测器收集了大量的有关月面的资料，科学家们据此拟定了最安全的着陆点——靠近静海附近。人们已有充分的信心，开始登月探险。