柯林斯和约翰·杨（图左）完成双子星10号任务返回地球后在搜索救援船上｜NASA
2 并不孤独的旅程
在结束双子星10号任务后不久，柯林斯就被确定为阿波罗计划的航天员。起初，他被安排担任阿波罗2号的后备航天员，但阿波罗2号因为和阿波罗1号任务相似而被取消。
随后，柯林斯被安排参加阿波罗8号任务。但是，由于受到颈椎间盘突出的困扰，他不得不接受手术治疗。手术加上康复的时间使得柯林斯退出了阿波罗8号任务。也正是在这次任务中，航天员威廉·安德斯（William Anders）拍摄了那张著名的照片——地球升起（Earthrise）。
地球升起｜NASA
在阿波罗8号任务成功之后，NASA于1969年1月宣布将执行阿波罗11号任务的航天员名单，柯林斯名列其中，同行的还有阿姆斯特朗和奥尔德林。但当时他们并不确定这是否是一次登月任务，一切都取决于阿波罗9号和阿波罗10号测试登月舱的结果。在等待执行阿波罗11号任务期间，柯林斯还为这次任务设计了徽章。他的同事、后备指令长吉姆·洛维尔（Jim Lovell）建议他使用美国的标志——白头鹰。于是，柯林斯找到了一幅画，描摹了画上的一只鹰，然后把月球表面的图案放在徽章下面，地球则作为背景。图案中的橄榄枝是和平的象征，加入橄榄枝的主意来自柯林斯的一位计算机专家同事。
阿波罗11号任务徽章｜NASA
美国东部时间1969年7月16日9时32分，阿波罗11号由土星5号火箭搭载，在美国卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空，踏上了前往月球的旅程。
进入月球轨道后，阿姆斯特朗和奥尔德林驾驶鹰号（Eagle）登月舱前往月球表面，而柯林斯作为指令舱驾驶员继续驾驶哥伦比亚号（Columbia）指令舱在月球轨道上飞行。
阿波罗11号发射前几小时已经穿好航天服的柯林斯｜NASA
当阿姆斯特朗和奥尔德林在月球表面上行走的时候，柯林斯独自驾驶指令舱环绕月球飞行了近28个小时。在环月飞行中，每绕月球一周，指令舱就有48分钟位于月球背面，受月球遮挡，柯林斯无法和地球进行无线电联络。也因此，柯林斯曾被称为“自亚当以来历史上最孤独的人”。
但是，柯林斯在报告中提到：在环月飞行过程中，他没有感到丝毫恐惧或孤独，而是期待、满足、充满信心，甚至兴高采烈。他还把指令舱称作自己的“快乐小家”（happy little home）。
虽然没能登月，但柯林斯并不觉得遗憾，他对这次任务有十足的参与感。他曾经在自传中写到：“这趟旅程是为三个人设计的，我认为我和其他两人一样，都是必不可少的一部分。”
