Bei den Vorbereitungen zum Start der zweiten US-​Marssonde, Mariner VI (Mariner-​69 F), kam es zehn Tage vor dem geplanten Starttermin zu einem schweren Zwischenfall. Durch einen Defekt öffneten sich die Hauptventile der Atlas-​Stufe und das Druckgas, das die extrem dünnwandige Konstruktion stabilisierte, entwich. Zwei Techniker erkannten die Situation gerade noch rechtzeitig und starteten Pumpen, die ein Kollabieren der Zelle eben noch verhinderten. Mariner VI wurde von der Spitze der schwer beschädigten Rakete demontiert, auf einem anderen Exemplar montiert und noch termingerecht gestartet! Die Atlas-​SLV3 C Centaur-​D AC-​20  beförderte nach dem Start am 25.02.1969 von LC-​36 B auf Cape Canaveral die Sonde auf eine direkte Flugbahn zum Mars. Vier Tage später wurde mit einer Zündung des Kurskorrekturtriebwerks die Bahn soweit verändert, daß sie in etwa 3.200 km Abstand am Mars vorbeiführen würde. Am 31.07.1969 traf Mariner VI schließlich auch am Mars ein und passierte den Planeten in einem Minimalabstand von 3.430 km. Während des Vorbeiflugs blieben die Instrumente auf einer nachführbaren Plattform auf den Planeten gerichtet. Darunter waren eine hochauflösende TV-​Kamera mit 50 mm Weitwinkelobjektiv und eine zweite TV-​Kamera mit 508 mm Teleobjektiv. Während der Anflugphase wurden aus einem Abstand von 1.24 Mio km bis 180.000 km fünfzig Aufnahmen mit der Weitwinkeloptik gewonnen. In der letzten Annäherungsphase wurden mit der Teleoptik durch ein Schmidt-​Cassegrain-​Teleskop vierundzwanzig hochauflösende Bilder gewonnen. Die Auflösung konnte auf 290 m gegenüber 3.200 m bei Mariner IV gesteigert werden. Die Meßinstrumente deuteten auf eine Atmosphäre aus größtenteils Kohlendioxid hin, die Temperaturen am Marsäquator lagen zwischen 13 °C und –53 °C, am Südpol bei –123 °C.