I 1962 blev Armstrong overført til astronaut status. Han tjente som kommandopilot for Gemini 8 mission, lanceret 16 marts 1966, og sammen med David Scott, udførte den første vellykkede dokning af to køretøjer i rummet ved parring hans Gemini 8 med en ubeboet Agena raket.
Neil Armstrong var den første mand, der landede på Månen.