Nachdem das erste Exemplar des Apollo-​Mondlandemoduls, LM-​3 , im Februar 1969 endlich für einen bemannten Erprobungsflug zur Verfügung stand, konnte die seit November 1968 für Apollo 9 geplante Erprobung dieser Schlüsselkomponente des gesamten Programms in Angriff genommen werden. Der für den 28.02.1969 geplante Start mußte auf ärztliches Anraten am 27.02.1969 um einige Tage verschoben werden, da die Besatzung unter einer Virus-​Infektion litt. Der am 01.03.1969 neu aufgenommene Countdown für diese wichtige Mission mündete schließlich in einem perfekten Start der Saturn V AS-​504  am 03.03.1969 um 16:00 UTC von LC-​39 A in Cape Canaveral. Wenige Minuten später erreichte die letzte Raketenstufe mit Apollo 9 ihre vorläufige Umlaufbahn. Hier führten Kommandant James McDivitt, Pilot David Scott und Mondlander-​Pilot Russell Schweickart die erforderlichen Systemchecks durch, bevor 2:45 h nach dem Start die Abkopplung von der S-​IVB erfolgte. Nach einer Drehung um 180° koppelte Scott 17:08 min später an den Mondlander an der Spitze der Raketenstufe an. Nun wurde die Atmosphäre in der Verbindungsschleuse zwischen beiden Raumfahrzeugen aufgebaut und die hermetische Verriegelung überprüft. Erst nachdem keinerlei Anomalien festgestellt werden konnten, wurde die Raketenstufe per Federmechanismus abgestoßen und später mit zwei Triebwerkszündungen auf eine heliozentrische Bahn befördert. Nun unternahm die Crew eine Reihe von Testzündungen des SPS-​Triebwerks. Dabei wurde auch die Umlaufbahn erheblich verändert. Am nächsten Flugtag stand dagegen die Erprobung des Mondlanders auf dem Programm. Doch zunächst mußte das geplante Programm verschoben werden, da Schweickart unter der Raumkrankheit litt und sich sogar zweimal übergeben hatte. Sein Zustand besserte sich jedoch rasch und so wechselte er mit McDivitt in das LM (Lunar Module). Nach der Überprüfung der Systeme wurde zunächst das Landegestell ausgeklappt. Dann erfolgte für 6:10 min eine Zündung des LM-​Triebwerks, wobei während der Brenndauer verschiedene Regimes gefahren wurden. Die anschließend geplante EVA von Schweickart mußte jedoch wegen wieder aufkommender Übelkeit abgesagt werden. Mit einer weiteren Zündung des SPS nahm das Apollo-​Gespann die endgültige Ausgangsposition für die geplanten Rendezvousmanöver zwischen CSM (Command/Service Module) und LM ein. Erst am vierten Flugtag konnte unterdessen die EVA nachgeholt werden. Allerdings wurde darauf verzichtet, den Notüberstieg vom LM zum CSM zu simulieren. Schweickart öffnete stattdessen nur die Luke des LM und begab sich in dem neuen Raumanzug für die Mondlandung für 1:07 h auf eine kleine außen angebrachte Plattform. Scott vollführte unterdessen eine stand-​up EVA von 1:01 h und beide Astronauten fotografierten sich wechselseitig. Am nächsten Tag trennten sich dann beide Raumschiffe und verharrten zunächst in etwa 3 m Abstand. Es folgte eine Art Pirouette des LM in rund 15 m Abstand, so daß Scott den „Spider“ von allen Seiten fotografieren konnte. Dann folgten einige längere Zündungen des LM-​Triebwerks, so daß sich der Abstand zwischen beiden Raumschiffen bis auf fast 185 km vergrößerte. Aus diesem Abstand startete das komplexe Rückkehrmanöver. Die Abstiegsstufe wurde abgetrennt und die Aufstiegsstufe begann ihren radargeführten Anflug auf das CSM „Gumdrop“. Nach 6:26 h Freiflug koppelte die Aufstiegsstufe des LM wieder an das CSM an. Als problematisch erwies sich bei der Annäherung die intensive Sonneneinstrahlung. Damit war das Flugprogramm von Apollo 9 zu 90% erfolgreich abgeschlossen. Die Aufstiegsstufe wurde abgetrennt und der restliche Treibstoff bei einer letzten Triebwerkszündung aufgebraucht. Auch das SPS (Service Module Propulsion System) wurde noch zweimal gezündet. Die nächsten fünf Tage an Bord standen im Zeichen der Erderkundung und weiterer fotografischer Arbeiten. Dafür wurde erstmals auch eine Multispektralkamera (vier kombinierte 70 mm Kameras mit entsprechenden Filtern) mitgeführt. Weitere Beobachtungsziele waren ausgewählte natürliche und künstliche Landmarken sowie der Pegasus 3 Mikrometeoriten-​Detektor-​Satellit. Die für den zehnten Flugtag vorgesehene Landung wurde wegen ungünstiger Wetterbedingungen im Zielgebiet noch um einen Orbit aufgeschoben. Doch schließlich wasserte die Rückkehrkapsel von Apollo 9 am 13.03.1969 um 17:01 UTC nach 241:01 h etwa 290 km östlich der Bahamas im Atlantik in Sichtweite des wartenden Hubschrauberträgers USS „Guadalcanal“.