1969. július 16-án az Apollo 11 űrhajó fedélzetén indult a Hold meghódítására Edwin (Buzz) Aldrin és Michael Collins társaságában. Négy nappal később a Sas névre keresztelt holdkomp leszállt, és Armstrong – a vastag űrruhában kissé nehézkes mozgással – lépett a Hold felszínére.

Útja előtt életbiztosítás akart kötni, de a veszélyes misszió miatt ez túl drága lett volna, így másképp biztosította be a családja jövőjét.

Az Apollo-11 1969. július 16-án, 14 óra 34 perckor indult el fedélzetén Neil Armstrong parancsnokkal, Michael Collins és Edwin E. Aldrin űrhajóssal a Hold és a történelem felé. A parancsnoki kabin, a műszaki egység és a holdkomp egy száz méternél is magasabb Saturn-V hordozórakéta orrában kapott helyet.

Az űrhajó két és fél órát keringett a Föld körül, majd Hold felé vezető pályára állították és washingtoni idő szerint július 19-én 22 óra 49 perckor pályára állt a Hold körül. Armstrong és Aldrin 20-án átszállt a Sas (Eagle) névre keresztelt holdkompra és megkezdte a Holdra szállást.

A művelet majdnem meghiúsult, mert a landolásra a Nyugalom Tengerének nevezett, a Földről síknek tűnő tájat szemelték ki, közelebbről azonban kiderült, hogy azt kövek és kráterfalak teszik veszélyessé.

Már csaknem elfogyott a kétpercnyi manőverezésre elég üzemanyag, amikor végre alkalmas helyet találtak és jelenthették a houstoni irányító központnak:

A Sas leszállt. Július 20-án este 10 óra 56 perckor (magyar idő szerint 21-én 3 óra 56 perckor) lépett Neil Armstrong személyében az első ember idegen égitest felszínére, s elhangzott a híres mondat:

"Kis lépés egy embernek, nagy ugrás az emberiségnek."

Húsz perccel később Aldrin is csatlakozott, a két űrhajós kitűzte az amerikai zászlót, talajmintát vett, elhelyeztek néhány műszert, egy ottlétüket megörökítő táblát és emlékérmeket az elhunyt asztronauták emlékére.

A Hold felszínén, a holdkompon kívül töltött két és fél óra nagyobb részében csak sétálgattak, futkároztak és ugrándoztak. A holdkomp július 21-én 17 óra 54 perckor sikeresen felszállt és összekapcsolódott az anyaűrhajóval.

Az Apollo-11 legénysége július 24-én a Hawaii-szigetek közelében landolt a Csendes-óceánon.

A Hornet anyahajó fedélzetén Richard Nixon amerikai elnök várta őket, de a hősöket azonnal biológiai védőruhába öltöztették és karanténba zárták, hogy az esetleges holdi baktériumokat izolálják. Augusztus 12-én "szabadultak", miután kiderült, hogy a Holdon nincs élet. Amikor később megkérdezték Armstrongot, milyen volt a Holdon, szokásos szűkszavúságával azt válaszolta: "Érdekes hely, ajánlom".

A Holdra szállásnak 528 millió ember lehetett szemtanúja az egyenes tévéközvetítésnek köszönhetően, de a kommunista tábor országaiban "természetesen" nem vették át az adást. Az amerikaiak ötöde azonban ma is meg van győződve arról, hogy átverés történt. A kétkedők szerint a sugárzott felvételek egy titkos laboratóriumban készültek, bizonyítékként a csillagok hiányát, irreális árnyékokat, a hajtóművek által hagyott nyomok hiányát hozzák fel, a visszaszálló egységet pedig szerintük csak kilökték egy repülőgépből.

Armstrongot elhalmozták az elismerésekkel, megkapta a legmagasabb amerikai kitüntetést, az Elnöki Szabadság Érdemrendet is. Még két évig a NASA tanácsadójaként dolgozott, majd 1979-ig a cincinnati egyetemen oktatott, 1982-től egy évtizeden át egy vállalkozást vezetett, 1986-ban a Columbia űrrepülőgép balesetét kivizsgáló bizottság alelnöke volt.

A történelem egyik leghíresebb űrhajósa élete végéig szerény ember maradt, kerülte a reflektorfényt, interjút csak ritkán adott, telefonját titkosíttatta.

2010-ben mégis a nyilvánosság elé lépett, az amerikai űrprogram költségvetésének megkurtítása ellen emelte fel szavát a Kongresszus előtt tanúskodva. Hivatalos életrajza 2005-ben jelent meg, ebből 2018-ban film is készült Ryan Gosling főszereplésével, Damien Chazelle rendezésében.

Neil Armstrong 2012. augusztus 25-én, egy szívműtét utáni komplikációkban halt meg, a hír bejelentése után Barack Obama elnök a legnagyobb amerikai hősök egyikeként búcsúzott tőle.

Érdekesség, hogy a holdutazás előtt életbiztosítást akartak kötni az űrhajósok, de annak veszélyessége miatt az olyan drága lett volna, hogy nem engedhették meg maguknak. (Évi 50 ezer dollár, miközben a fizetésük akkoriban évi 17 ezer dollárra rúgott.)

Az Apollo-11 három utasa azt találta ki, hogy vettek az pár száz képeslapot NASA-központban, azokat aláírták. Ha bármi baj történt volna a küldetésen, és az asztronauták nem térnek haza élve, az autogramos lapok vélhetően iszonyú értékessé váltak volna, és gyűjtők vagyonokat fizettek volna értük, amiből az űrhajósok családja a katasztrófa után évekig elélhetett volna.

Erre nem volt szükség, de az Apollo-képeslapok így is elég értékesek, árveréseken 5 ezer dollárért simán elkelnek, a rekord 30 ezer dollár volt.

Orvosi műhiba miatt halhatott meg Neil Armstrong?
Egy amerikai kórház egy titkos megállapodás keretében hatmillió dollárt fizetett a Holdra lépett első ember, Neil Armstrong családjának. A kórház azt akarta megelőzni, hogy nyilvánosságra azok a vádak, melyek szerint az űrhajós egy műtét során, vagy után elkövetett orvosi műhiba miatt halt meg.