Poleg Armstronga kot poveljnika sta bila v odpravi Apollo 11 še pilot komandne kapsule Columbia Michael Collins in pilot lunarnega modula Orel (Eagle) Edwin Aldrin. Startali so s Kennedyjevega vesoljskega središča 16. julija 1969 ob 9. uri 32 minut po tamkajšnjem času in po štirih dneh preleteli razdaljo 400.000 kilometrov do Lune. Armstrong in Aldrin sta se preselila v lunarni modul, ki se je 20. julija ob 13. uri 15 minut ločil od matične ladje v njej je ostal njen pilot Collins in sta ob 16. uri in 17 minut, po 102 urah in 15 minutah od starta z Zemlje, pristala na Luni, na koordinatah 0.67 stopinje severne širine in na 23,47 stopinje vzhodne dolžine od začetnega poldnevnika, v t. i. Morju tišine. Med večurnimi pripravami na izstop sta oblekla vesoljski oblačili, Armstrong je zlezel po lestvici in 20. julija 1969 ob 22. uri 56 minut 21. julija ob 3. uri 56 minut po srednjeevropskem času skočil z najnižjega klina na Lunina tla. Sledil je legendarni stavek: »That is one small step for a man, one giant leap for mankind.« Čez 20 minut mu je sledil Aldrin kot drugi človek na Luni. Razprostrla sta ameriško zastavo, opravila vrsto merjenj, zbrala lunarno kamenje in pustila na kraju prvega izkrcanja tablico z napisom: Tu so ljudje s planeta Zemlja prvič stopili na Luno. Prišli smo v miru za vse človeštvo. Datum in podpisi treh astronavtov ter takratnega ameriškega predsednika Richarda Nixona. Njuno pomembno dejanje je bilo mogoče spremljati tudi po televiziji. Po 2 urah in 31 minutah sta končala lunarno potepanje in se z gornjim delom lunarnega modula izstrelila s podnožja (ki je ostalo na Luni) proti komandni kapsuli. Manever spajanja je trajal 3 ure in 40 minut. Sledila je vrnitev treh astronavtov v kapsuli na Zemljo, točneje v Tihi ocean, iz katerega so jih pobrali ljudje žabe, helikopter in bojna ladja Hornet. Od starta do pristanka je preteklo 8 dni, 3 ure in 18 minut. Nepregledna množica v New Yorku je sprejela Armstronga, Aldrina in Collinsa kot narodne junake. Tudi pozneje je užival Armstrong od vseh treh največji ugled. Predsednik Johnson mu je podelil najvišje odlikovanje, Nasa je dodala dve najodličnejši medalji, od drugod jih je prišlo vsaj še 15. Dokler niso naslednje lunarne odprave in naposled privajenost ali celo naveličanost javnosti celotnega zgodovinskega dogajanja Apollo potisnila v zgodovino. Oglasili so se celo dvomljivci, ki predvsem iz »napak« na fotografijah z Lune dokazujejo, da gre za eno največjih prevar vseh časov in da na Luno še ni stopila človeška noga, televizijski prenosi z nje naj bi bili posneti kar na Zemlji in celo več kot tristo kilogramov lunarnega kamenja naj bi ponaredili na matičnem planetu. Manj skeptični dvomljivci pa razpravljajo o tem, ali ni v resnici prvi stopil na Luno Aldrin in ne Armstrong.