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Dans les années 1960, les soviétiques prennent sur les américains une nette avance dans la course à l'espace et ils la conserveront jusqu'en 1965. Le 12 avril 1961 , Youri Gagarine est le premier homme à aller dans l'espace sur Vostok 1. Pendant un vol d' une heure 48 minutes, il parcourt 45 000 km en une révolution. 5 autres vols Vostok, avec à bord un cosmonaute, se succèdent jusqu'en 1963 puis 2 vols Voskhod ont lieu, l'un en 1964 et l'autre en 1965, avec 3 cosmautes dans Voskhod 1 et 2 dans Voskhod 2. Le 18 mars 1965, Leonov quitte la cabine de Voskhod 2 pendant 20 minutes et devient le premier homme à sortir dans l'espace. Mais les lancements soviétiques sont interrompus pendant deux ans et le programme Soyouz commence en avril 1967 par un échec avec l'écrasement à l'atterrissage de Soyouz 1 et la mort de Komarov.
En 1961, les américains, agacés par les premières réussites soviétiques, décident de lancer un très ambitieux programme spatial. Alors que A Shepard vient à peine d'accomplir le premier bond d'un américain dans l'espace , le président Kennedy prononce le 25 mai 1961 devant le Congrès son discours historique par lequel il assigne pour but à la nation américaine d'envoyer des hommes sur la lune avant la fin de la décennie et de les ramener sur terre sains et saufs. Le programme comporte 3 étapes: la série de vols de la cabine monoplace Mercury,qui vient de commencer avec le bond de Shepard, puis une série de vols dans la cabine biplace Gemini et enfin les vols vers la lune proprement dits dans la cabine triplace Apollo. 6 vols Mercury ont lieu de 1961 à 1963, 12 vols Gemini ont lieu de 1964 à 1966 et 11 vols Apollo ont lieu de 1968 à 1972. Dès 1965, le retard sur les soviétiques est rattrapé et le défi de Kennedy, qui parut initialement impossible à réaliser, fut pourtant tenu, puisque non seulement un mais deux équipages, ceux d'Apollo 11 et d'Apollo 12, se posèrent successivement sur la lune à 4 mois d'intervalle, le 20 juillet 1969 et le 19 novembre 1969. En mettant le pied sur la lune pour la première fois, N Armstrong prononça la phrase devenue historique "C'est un petit pas pour l'homme, un bond de géant pour l'humanité".
Le vaisseau Apollo (hauteur 10,44m; diamètre 3,85m; poids 18,58t) comprend 3 parties: la cabine où logent les astronautes (module de commande), le compartiment des moteurs (module de service) et le LM (module lunaire). Le lancement est effectué depuis la terre par la fusée Saturne V , dont la hauteur est de 111 mètres et la poussée au décollage de 3 500 tonnes. Au cours du lancement, les 2 premiers étages de la fusée sont largués l'un après l'autre. Le troisième sert à mettre en orbite le vaisseau autour de la terre pour quelques heures, puis est remis à feu pour quitter cette orbite. Au cours du trajet vers la lune, la cabine et le compartiment des moteurs (CSM) se séparent du LM resté accroché au troisième étage de la fusée, puis se retournent et la cabine s'attache au LM. Le troisième étage de la fusée est abandonné. Après 3 jours de voyage, le vaisseau se place sur une orbite lunaire. Un astronaute reste dans la cabine et les deux autres passent dans le LM qui se sépare du CSM et se pose sur la lune. Pour le retour, la partie inférieure du LM sert de plate-forme de lancement à la partie supérieure et elle est abandonnée sur la lune. Lorsque le LM rejoint le CSM, toujours en orbite, puis s' attache à elle, les deux astronautes le quittent et il est à son tour abandonné. Grâce à la mise à feu du gros moteur du module de service, le vaisseau revient sur terre. Avant de rentrer dans l'atmosphère, il se sépare de ce module et un bouclier thermique protège la cabine de la chaleur intense provoquée par les couches d'air lors de la descente. La cabine est ensuite freinée par des parachutes et le voyage lunaire se termine par un amerrissage.
La dernière mission Apollo a été effectuée par l'équipage d'Apollo 17 le 7 décembre 1972. Depuis plus de 35 ans, la conquête humaine de l'espace est arrêtée en raison de son coût. Les nations spatiales ont réorienté leurs objectifs vers le lancement de véhicules automatisés d'exploration du système solaire et limité les vols habités à la réalisation de programmes scientifiques et technologiques à bord de vaisseaux en orbite terrestre . Cependant de nouvelles perspectives s'ouvrent: le président George Bush, comme le président Kennedy en 1961, a relancé le programme spatial américain en fixant de nouveaux objectifs. Il est maintenant envisagé de terminer la construction de la station spatiale internationale (ISS) en 2010, de retourner sur la lune vers 2020 et d'entreprendre le voyage vers Mars entre 2030 et 2040. Mais une grande incertitude demeure pour savoir si les importants moyens financiers nécessaires pourront être dégagés pour la réalisation de ce programme.
