在“鹰”号降落月面6个小时后，地面指挥中心同意了他们要出舱的一再要求。两人在舱内吃了在月面上的第一餐：8块干咸肉方腿，4块家常小甜饼，一罐桃子汁以及咖啡、菠萝、葡萄等水果饮料，又穿上了特殊的“航天服”，背着科学仪器和供氧瓶，打开了舱门和电视摄像机，来到了高达5米的平台上。顿时，一个奇妙的天地同时映入了世界6亿多观众的眼帘之中：一片阳光照耀下的月面上，满目都是大小岩石和尘埃。除了两个宇航员外，再也没有其他生命，也没有任何细微的声音。阿姆斯特朗由于还未适应这个全新的环境，四肢又失去了平时少不了的触觉，轻飘飘的身体反而使他动作显得十分笨拙，走起来踉踉跄跄，简直无法下舷梯。试了几次后，还是在身后奥尔德林的“指点”下，才一步一步地跨下来。即使如此，这区区九级台阶竟花了20分钟时间！
1969年7月20日晚10时56分（格林尼治时间7月21日4时56分北京时间21日12时56分），阿姆斯特朗的左足终于踏到了月球表面上，在月面上留下了人类的第一个足迹。这时，全世界都听到了他富有哲理的一句话：“对一个人来说，这是一小步，但对人类来说却是一大步！”的确，这跨过了38万千米的一大步，也是跨越了五千年的一大步！他这一步踏在静海的西南部，月面位置是北纬0°41′，东经23°26′——这里后来被命名为“静海基地”。
19分钟后，奥尔德林也踏到了月面上。他们的活动状况顷刻就出现在地面的电视机上，因为电波传过月球的38万千米只需13秒时间。他们两人在刚刚还视为畏途的舷梯上跳上跳下，情不自禁地呼喊着：“哦，美啊！”“太好了，好极了，美极了！”
他们开始漫步了。开始时，两人简直难以举步，摇摇晃晃地活像两个醉汉。用奥尔德林的话说：“你要非常小心记住自己的质量中心在什么地方，有时要走两三步才能弄清你身下还有两只脚。”加上月面上强烈的黑白反差，使电视机前的人们看来似乎不像是真的，倒像是两个机器人似的。但没过多久，他们适应了过来，他们开始用跳蹦的方式来行走，就像袋鼠那样跳跃着前进。
他们开始工作了，首先把一面美国星条旗插在了月面上。它宽3英尺，长5英尺，并由细铁丝弄直了（因为月面上没有风，不这样做旗子就无法展开来）。登月舱的外壳上还有一块不锈钢的标牌，上面用英语写着：“公元1969年7月，人从地球来到月球，第一次踏上了月球，我们代表全人类和平来此。”登月任务完成后，这块标牌连同外壳一起永远遗留在了月面上。除此之外，他们带到月球上的纪念品还有73个国家元首的亲笔信，以及为纪念不幸殉难的航天员的徽章等。
两人在月面上做了几项科学实验。2小时47分以后，他们带了22千克月球岩石回到舱内。7月22日吃了一餐，睡了一觉。他们在月面上停留了21小时37分钟后，怀着惋惜的心情，心痛地抛弃了已完成历史使命的登月舱，乘着它的上半部分回到了柯林斯的身边。除了带有四条细长支腿的“鹰’的外壳部分外，他们还丢下了几架照相机，步行时笨重的靴子，一些仪器的包装盒子，一根铝杆，两只背包及一些不再需要的杂物，以最大程度地减轻负荷。在他们与柯林斯会合后，连这支小火箭（登月舱的最后部分）也被扔出了飞船，成为太空中的一块废物。
返回地球时十分顺利。60小时以后，飞船重入大气层，最后溅落在太平洋上，与原定的溅落时间只差了10秒钟。要知道，飞行100万多千米才差10秒，这是多么不容易啊！飞船落水时，距打捞他们的航空母舰“大黄蜂号”不到20千米，尼克松总统也在舰上参加了欢迎他们归来的隆重仪式。
9个月后，“阿波罗12号”又降落于月面风暴洋东南部，它离当年“勘测者3号”在1967年4月19日的着陆点只有180米。所以两名宇航员还从这个旧探测器中拆下了一架照相机——后来，从它中间培养出了地面上的细菌。这说明地球上的某些细菌，在月球严酷的自然条件下，至少能存活两年多时间。它还制造了一次人造陨星撞击月球的试验，引起了持续时间达55分钟的一次“月震”。
“阿波罗”计划造就了24个“月球人”，24人次到广寒宫作了客，其中12人踏上了月面。同时还把四辆“月球车”运上了月面。其中“阿波罗”15、16号在环月轨道上还各发射了一颗“人造月球卫星”。17号的宇航员则在月面上挖了三口深约3米的“井”（当然是不会有水渗出来的干井）。12个宇航员一共做了几十项科学实验与勘测，拍摄了15000多张清晰的月球近距照片和长达12千米的电影胶卷，带回了380千克月岩和大量的月壤，取得了极其丰硕的成果。而且，许多登月尖端技术已被移植到工农业及医疗中，取得了巨大的经济效益。