Старт «Аполлона-11» состоялся в среду, 16 июля 1969 года, в 13:32 UTC.

Среди 5000 почётных гостей в Космическом центре имени Кеннеди присутствовали 36-й Президент США Линдон Джонсон, действующий вице-президент Спиро Агню и пионер немецкой ракетной техники Герман Оберт.

На отдельной трибуне разместились 3497 представителей прессы.

Во время взлёта раздавались отдельные аплодисменты, но большинство зрителей смотрели молча, пока «Аполлон-11» не скрылся из виду.

Событие напрямую транслировалось по телевидению в 33 странах мира на 6 континентах.

Советское телевидение и радио сообщили о старте «Аполлона-11», но не в прямом эфире (короткий сюжет был показан в основной вечерней информационной программе).

Все три ступени ракеты-носителя во время взлёта отработали штатно.

Через 11 минут 42 секунды после старта «Аполлон-11», набрав скорость 7,79 км/с, вышел на практически круговую околоземную орбиту высотой 190,8 км.

После примерно полутора витков, когда корабль пролетал над Тихим океаном, на 5 минут 47 секунд был включён двигатель третьей ступени.

«Аполлон-11» достиг второй космической скорости (10,84 км/с) и перешёл на траекторию полёта к Луне.

Вскоре после этого астронавты начали манёвр перестроения отсеков, стыковки с лунным модулем и «вытягивания» его из адаптера, располагавшегося в верхней части третьей ступени.

Командно-служебный модуль был отделён от третьей ступени.

Затем Майкл Коллинз, на время манёвра пересевший в левое командирское кресло, с помощью двигателей системы ориентации отвёл его примерно на 30 м, развернул на 180° и произвёл сближение и стыковку с лунным модулем.

Когда «Колумбия» и «Орёл» отошли на безопасное расстояние, по команде с Земли был в последний раз включён двигатель третьей ступени, она перешла на траекторию пролёта мимо Луны и выхода на гелиоцентрическую орбиту.

Астронавты этого не увидели, потому что корабль был не совсем правильно сориентирован.

Они заметили удалявшуюся третью ступень, когда она была уже в нескольких километрах от них.

В этот же день, по предложению Нейла Армстронга, с борта корабля была проведена первая незапланированная телетрансляция, которая записывалась на станции дальней космической связи Голдстоун, в Калифорнии, и затем была ретранслирована в ЦУП в Хьюстоне.

Бортовая телекамера была цветной и давала изображение хорошего качества.

Трансляция продолжалась чуть больше 16 минут.

Расстояние от Земли составляло около 95 000 км.

Солнцем были освещены 7/8 земного диска, и были хорошо видны восточная часть Тихого океана, большая часть США, Мексика, Центральная Америка и северная часть Южной Америки.

Астронавты перевели корабль в режим пассивного термического контроля, когда он медленно вращался вокруг своей продольной оси, делая около трёх оборотов за 1 час.