Han piloterade kommandododulen, med namnet Columbia, medan Armstrong och Aldrin landade i månmodulen, med namnet Eagle. Collins roll var avgörande för uppdragets framgång. Han stannade kvar i Lunar Orbit och säkerställde att kommandododulen stannade i en stabil position och var redo för återresan. Han genomförde också viktiga vetenskapliga observationer och vidarebefordrade kommunikation mellan månens yta och jord.
