Após servir em bases norte-americanas na Europa, vai para a Escola de Pilotos de Testes na Base Aérea de Edwards, na Califórnia. Em 1963 entra para o programa de treinamento da Nasa (Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço).
Em julho de 1966 faz sua primeira viagem espacial, como membro da tripulação da Gemini 10. Três anos depois, como integrante da missão lunar Apollo 11, pilota a cápsula orbital enquanto Neil Armstrong e Edwin Aldrin Jr. realizam o primeiro pouso lunar.
Em 1969 deixa a Nasa para assumir o cargo de secretário-assistente de Negócios Públicos. Em 1971 torna-se o primeiro diretor do Museu do Ar e do Espaço, em Washington, cargo que ocupa até 1980. Na década de 70, publica um livro de memórias e dois outros para crianças, sobre vôos espaciais e sobre sua viagem à Lua.