Il a piloté le module de commande, nommé Columbia, tandis qu'Armstrong et Aldrin ont atterri dans le module lunaire, nommé Eagle. Le rôle de Collins a été crucial pour le succès de la mission. Il est resté en orbite lunaire, garantissant que le module de commande est resté dans une position stable et était prêt pour le voyage de retour. Il a également effectué d'importantes observations scientifiques et relayé les communications entre la surface lunaire et la Terre.
