在成功登月并完成科學考察以后，宇航員將登月艙的上升級和下降級分離并操縱上升級起飛離開月表。登月艙的上升級有6.65立方米的成員艙，能夠攜帶兩名宇航員和月表巖石標本。同時帶有2.353噸的四氧化二氮/航空肼50推進劑和一臺上升段發動機，該發動機具有15.6kN的推力，大于月球重力并能提供2220m/s的速度增量，足以將上升級送入月球軌道。
在月表發射和月球軌道期間，宇航員使用16具姿態控制發動機和287公斤姿控燃料操控飛船，并和在月球軌道上等候的指令艙-服務艙交會對接。
在月球軌道對接完成之后，兩名宇航員和月球樣品從登月艙返回指令艙，登月艙被拋棄在月球軌道上。
之后宇航員在指令艙中操控服務艙的AJ10-137發動機推動指令艙和服務艙離開月球軌道并進入地球返回軌道。該四氧化二氮/航空肼50發動機具有91kN的推力，同時服務艙自帶16具R-4D姿態控制發動機。
在飛船接近地球時，爆炸螺栓切斷指令艙和服務艙的連接。此時服務艙會自動翻轉并點火遠離指令艙避免碰撞。稍后服務艙在地球大氣中燒毀。
這時三名宇航員棲身于5.5噸的指令艙之中，用最后剩余的120kg姿控燃料和指令艙上的12臺姿控發動機調整指令艙朝向切入地球大氣層。指令艙此時會稍微傾斜角度提供氣動升力，并略微旋轉以避免局部燒蝕。大氣摩擦會使指令艙急劇減速，同時燒蝕防護罩避免飛船被氣動熱燒毀。
當指令艙到達離地面7.3km的高度時，熱防護罩與飛船分離，放出前置降落傘，將指令艙相對地面的速度降低到每小時201公里。降落到3.3km高度時，前置降落傘分離，主降落傘放出，將指令艙下落速度降低到每小時35公里。最后指令艙濺落海面，吸能結構再吸收一部分沖擊動能，使宇航員可以安全落海。
指令艙落海之后會自動放出救生氣囊和救生筏漂浮在海面上，而宇航員可以視情況自行出艙并乘上救生筏等待救援。美國海軍的搜救艦隊通常已在預訂降落地點待命，幾分鐘之內驅逐艦或直升機就會趕到回收宇航員和飛船，稍后宇航員通常會被轉送到艦隊旗艦也就是航空母艦上。后來的幾次任務里，指令艙降落的精度不斷提高。最后一次降落時，提康德羅加號航母的船員們直接目睹了指令艙降落在旁邊，就不需要再費心搜救了。
