蘇聯在1957年10月發射成功世界上第壹顆人造地球衛星以後，就著手載人航天的具體準備工作。1960年，從3000名候選人中精心挑選出第壹批20名航天員，進行細致的培養訓練。與此同時，除繼續用火箭將動物送入高空進行試驗外，又用衛星和飛船攜帶動物進行軌道飛行試驗。在此基礎上，於1961年4月12日用東方1號飛船首先將尤裏·加加林送入太空軌道，繞地球飛行壹圈後勝利返回地球。
蘇聯首先發射成功洲際導彈和人造地球衛星以後，美國本想奪得載人航天這個“第壹”。在1958年10月，就擬定了壹個載人飛行的“水星”計劃。1959年4月，又先於蘇聯秘密地從噴氣式飛機駕駛員中選拔了第壹批7名航天員進行培訓。怎奈其火箭技術不如人意，在加加林進入太空以前，“水星”計劃的飛行試驗頻頻失敗。美國只有兩次攜帶猴子、壹次攜帶猩猩、壹次攜帶假人的亞軌道飛行成功。在蘇聯飛行成功後，美國只得改用較成熟的“紅石”火箭，於1961年5月15日讓勇敢的阿倫·謝潑德乘水星3號飛船做直上直下的亞軌道飛行，飛行時間約15分鐘。這年7月21日，維·格裏索姆又乘水星4號進行壹次同樣的飛行。
可是，半個月後的8月6日，蘇聯航天員格·季托夫乘東方2號飛船繞地球飛行17圈後第二天返回。面對這巨大的壓力，美國人於這年9月13日才用“紅石”火箭第壹次將壹艘攜帶假人的“水星”飛船送入軌道。同年11月29日，原本用於發射飛船的“宇宙神”火箭也終於將壹艘攜帶有猩猩的“水星”飛船送入軌道。
火箭和飛船入軌的問題解決後，美國於1962年2月20日派約翰·格倫乘水星6號飛船繞地球飛行了3圈。5月24日，斯科特·卡本特乘水星7號飛船也繞地球飛行3圈。
與蘇聯競爭連連敗北的美國決心迎頭趕上，他們搞了個“阿波羅”計劃，要首先送人上月球。1961年5月25日，美國總統肯尼迪批準這個計劃，隨即全國動員，要在60年代內將人送上月球，把“蘇聯人摔倒在月球上”。為此，還將“水星”計劃轉為“阿波羅”計劃服務。接著又實施了另壹個載人飛行的“雙子星座”計劃，主要是積累長期載人航天的經驗。
為摸清月面情況，從1961年8月到1968年1月，美國實施了“徘徊者”、“勘測者”和“月球軌道環行器”3個無人探月計劃，查明月面有許多平滑的地方可容飛船降落;證實飛船在月面降落不會深陷下去，在月面行走不需要穿雪靴；為載人飛船選定了5個著陸點。
但在此期間，蘇聯也在暗中執行他們的載人登月計劃。1962年8月11日和12日蘇聯分別發射的兩艘東方號飛船在軌道上會合作編隊飛行。1963年6月14日，第壹名女航天員瓦·捷列什科娃乘坐的飛船進入太空軌道後，也與另壹艘飛船編隊飛行。1964年10月12日，上升1號攜帶3人飛行。1965年3月18日，蘇聯航天員阿·列昂諾夫走出上升2號密封座艙，進行了世界上的第壹次太空行走。這些顯然都是載人登月所需要的。蘇聯還研制了世界上推力最大的N-1火箭，甚至已確定了首次登月的兩名航天員。
好在美國的阿波羅號飛船和土星5號運載火箭的研制和試驗還算順利。但是，1967年1月27日阿波羅4A號飛船在地面演練時，純氧座艙起火，3名航天員被燒死。為檢查和改進設計，又花去了10個月時間。
1967年10月，蘇聯兩艘無人飛船在軌道上對接；1968年9月將海龜和植物種子等第壹批生命送上月球；1969年1月兩艘聯盟號飛船對接，並從艙外交換航天員。這每壹項進展都成為刺激美國前進的動力。美國於1967年11月開始火箭和飛船的飛行試驗，到1969年5月，***進行3次無人飛行、2次載人繞地球飛行、2次載人繞月球飛行。登月的時刻終於到來了。
1969年7月16日，阿波羅11號飛船出發，7月20日登月艙降落在月面上。經過近7小時的等待，尼·阿姆斯特朗於美國東部時間20日22時56分20秒踏上月面，並說出了那句永載史冊的名言：“對壹個人來說這是壹小步，但對人類來說是壹次飛躍。”隨後，艾·奧爾德林也踏上月面。到1972年12月，又有5艘阿波羅號飛船將10人送上月面。他們在月面上進行了許多科學考察和實驗活動，***帶回月球物質300多千克。蘇聯的N-1火箭屢試屢敗，在美國首先載人登月幾成事實的1969年7月上旬，便聲明“無意與美國爭奪首先載人上月球”。