1967 年4月5日，阿波羅1號調(diào)查報告被公布的當(dāng)天，阿姆斯特朗和其他十七名宇航員與迪克·斯雷頓開會。斯雷頓首先宣布：“首次登月的宇航員人選將從這間屋子里產(chǎn)生。”尤金·塞爾南后來回憶，阿姆斯特朗對這句話沒有什么反應(yīng)。對于阿姆斯特朗，這句話并不意外——當(dāng)時在場的宇航員都參加了雙子星計劃，首次登月的人選只能從他們之中挑選。 阿波羅11號成員合影。左起：尼爾·阿姆斯特朗、邁克爾·柯林斯、巴茲·奧爾德林。

阿波羅8號環(huán)繞月球后，1968年12月23日，迪克·斯雷頓安排阿姆斯特朗擔(dān)任阿波羅11號的指令長，登月艙駕駛員是巴茲·奧爾德林，指令艙駕駛員是邁克爾·科林斯。這三位宇航員接下來成為了首批飛往月球的人。 裝載著阿波羅11號的土星5號火箭于當(dāng)?shù)貢r間1969年7月16日9時32分在肯尼迪航天中心發(fā)射升空，12分鐘后進(jìn)入地球軌道。環(huán)繞地球一圈半后，第三級子火箭點火，航天器開始向月球航行。

阿波羅11號于7月19日經(jīng)過月球背面，很快點燃了主火箭并進(jìn)入了月球軌道。在環(huán)繞月球的過程中，三名宇航員在空中辨認(rèn)出了計劃中的登月點。 計劃中的登陸點在寧靜海南部，在Sabine D環(huán)型山西南20千米處。這個登陸點被選擇的原因是它比較平整，也就不會在降落和艙外活動時制造太多困難。登陸之后，阿姆斯特朗把登陸點稱做“靜?；?rdquo;。 登陸艙“鷹號”的開始下降之后，他們很快意識到它“飛過頭”了：他們向月面降落時，表明電腦過載的警報器開始響起。

鷹號在下降彈道中多飛了4秒，也就是說登月點會離計劃西面若干千米遠(yuǎn)。 由于相對寬松的降落要求，阿姆斯特朗對登月的具體地點也不是特別在意。之前的試飛員生涯使他明白只要儀器還在正常工作，探測器還在獲得數(shù)據(jù)，就沒有必要放棄任務(wù)。 阿姆斯特朗選擇了手動控制登月艙，此時，燃料開始耗盡——登月艙位于月面上空大約9米，所剩燃料僅夠用30秒鐘——阿姆斯特朗在遍布礫石和隕石坑的月面冷靜地找到一處適合于著陸的地方，并駕駛登月艙穩(wěn)穩(wěn)地降落在月球上。

準(zhǔn)確的登陸時間是1969年7月20日下午4時17分43秒。 即將踏上月球的阿姆斯特朗 7 月21日2點56分，鷹號降落六個半小時后，阿姆斯特朗扶著登月艙的階梯踏上了月球，說道：“這是我個人的一小步，但卻是全人類的一大步。”阿波羅11號任務(wù)后不久，阿姆斯特朗宣布他不會再次進(jìn)入太空。在高級研究辦公室擔(dān)任副主任十三個月后，1971年8月，他從航空航天局辭職，在辛辛納提大學(xué)工程系擔(dān)任教授。