Start von Cape Canaveral; Landung in unmittelbarer Nähe der Bermuda-Inseln im Atlantik.

Diese und alle folgenden Apollo-Crews erhielten erstmals seit Gemini 3 wieder die Erlaubnis, den Raumschiffen Namen zu geben. Das Mondlandemodul wurde in diesem Fall "Spider" (Spinne) genannt und die Kommandokapsel "Gumdrop", weil es bei der Anlieferung auf dem KSC in blauem Zellophan eingehüllt war.

Bei Apollo 9 erfolgte der erste komplette Einsatz der Mondlandehardware im Erdorbit und es wurde der erste Erprobungsflug der Mondlandefähre in der Erdumlaufbahn (Abkopplung, Abstiegsmanöver, Ankopplung).

Nach dem Erreichen der Erdumlaufbahn wurden alle Manöver durchgeführt, wie sie für die reale Mondlandung von Apollo 11 geplant waren. Zu diesem Zeitpunkt steckte die Mondlandefähre noch in der dritten Stufe der Saturn-Rakete. Die Spitze bildete die Einheit aus dem Apollo-Servicemodul und der Kommandokapsel (CSM). Das CSM löste sich von der Raketenstufe, wendete um 180 Grad und dockte mit der Nase an der Mondlandefähre (LM) an. Nun konnte sich der Verbund von der Raketenstufe entfernen. Drei Stunden nach dem Start war dieses Manöver beendet.

Am dritten Flugtag stiegen zuerst Russell Schweickart, dann James McDivitt von der Apollo-Kommandokapsel in die Mondfähre um. Das war das erste Mal, dass Raumfahrer sich durch einen Tunnel von einem Raumfahrzeug in ein anderes bewegten. Russell Schweickart litt zu dieser Zeit unter Raumkrankheit, so dass das Programm gekürzt werden musste. Allerdings gab es noch die erste Fernsehübertragung aus dem Innern der Landefähre. Schließlich wurden noch die Triebwerke der Landefähre getestet. Ohne die beiden Raumfahrzeuge zu trennen, liefen die Triebwerke sechs Minuten lang.

Eine EVA erfolgte am 06. März 1969 durch Russell Schweickart (1h 08m), der dabei den neuen Raumanzug der NASA ausprobierte. Dieser Anzug hatte sein eigenes Lebenserhaltungssystem, so dass Russell Schweickart nur mit einem 25-Fuß langen Nylonseil mit dem Raumschiff verbunden war, das sein Abdriften ins All verhinderte. Er kletterte zwischen Kommandokapsel zur Mondlandefähre, nutzte und testete dabei Haltegriffe und machte diverse fotografische Arbeiten. David Scott filmte ihn dabei in einer Stand-up EVA (1h 08m).

Am 07. März 1969 simulierten James McDivitt und Russell Schweickart mit dem Landemodul den Abstieg zum Mond. Zunächst wurde das Landemodul vom Raumschiff abgekoppelt. Durch Feuern der Steuerdüsen entfernten sich die beiden Raumschiffe auf 5,5 km. Dann begannen James McDivitt und Russell Schweickart einen geplanten Abstieg zum Mond durch Zünden des Antriebs des Landemoduls, der sie bis auf 183,5 km weg vom Mutterschiff brachte, zu simulieren. Nach der Abtrennung des Landemoduls kehrten sie mit Hilfe des Antriebs des Aufstiegsmoduls wieder zurück und nach 6,5 Stunden dockten sie wieder am Mutterschiff an. Das Aufstiegsmodul der Landefähre wurde ebenfalls abgeworfen. Zu den weiteren wissenschaftlichen Arbeiten gehörte u.a. das Fotografieren der Erdoberfläche. Die Mission erwies sich als voller Erfolg, alle geplanten Arbeiten und Tests wurden erfolgreich ausgeführt.

Aufgrund schlechten Wetters im vorgesehenen Zielgebiet wurde die Mission um einen Erdumlauf verlängert. Die Crew wurde vom Flugzeugträger USS Guadalcanal geborgen.