1957年蘇維埃聯盟發射首個人造衛星史普尼克1號，使蘇聯成為早期在太空競賽中的領軍人物。
【太空科技發展──競賽秘史】
太空競賽（英語：Space Race、俄語：Космическая гонка）發生於二十世紀（1955年－1972年），是美國和蘇聯這兩個冷戰對手為了爭奪航太實力的最高地位而展開的競賽。第二次世界大戰結束後，兩國的太空競賽就以飛彈為主的核軍備競賽拉開了帷幕，德國火箭技術及人員的俘獲使其成為可能。技術優勢享有至高無上的地位，是保障國家安全的需要，也是意識形態先進的象徵。太空競賽展開開拓性的努力，向月球、金星、火星發射人造衛星，無人駕駛太空探測器，以及向近地軌道和月球發射載人太空船。這項競賽開始於1955年8月2日，在這四天前，美國發表聲明，計劃在國際地球物理年發射人造衛星。蘇聯對此回應，聲稱在不久的將來蘇聯也將發射衛星。1957年10月4日，史普尼克1號的軌道運行使蘇聯此次贏得了勝利，隨後，1961年4月12日，尤里·加加林成為首次進入太空的人類成員，使蘇聯再次打敗美國。1969年7月20日，伴隨美國阿波羅11號完成人類第一次登月任務，太空競賽達到頂峰。1972年4月，阿波羅-聯盟測試計劃達成合作協議，並在1975年7月，美國航太人員與蘇聯航太人員在地球軌道相遇，雙方局面得到一定時期的緩和。
1969年7月，尼爾·阿姆斯壯和巴茲·奧爾德林登上月球，使美國在登月競賽中處於領先地位。
太空競賽促進了地球通訊和氣象衛星的發展，以及國際太空站的持續太空移民。同時，太空競賽也增加了在教育科研發展領域的支出，促進了衍生技術的發展。
美國太空人托馬斯·斯塔福德和俄國太空人阿列克謝·列昂諾夫在太空握手，標誌著太空競賽的終結。
二戰中的德國
太空競賽可追溯到德國，開始於19世紀30年代並持續到第二次世界大戰中納粹德國研發並建立操作性彈道飛彈。太空競賽開始於20世紀30年代早期，結束於魏瑪共和國後期。在這一時期，德國航太工程師嘗試液態燃料火箭，其目的是有朝一日可以到達更高的地方，飛行更遠的距離。德國陸軍彈導和彈藥分支的領導，中校卡爾·埃米爾貝克爾聚集了一支秘密工程師小組，包括瓦爾特·多恩伯格和利奧·詹森，以此來想出用火箭當做遠程火炮的方法，以此來應付凡爾賽條約關於研發遠程大炮的禁令。華納·馮·布朗是名年輕的工程學奇才，被貝克爾和多恩貝格爾僱傭後，1932年加入他們在西部庫莫斯多夫的秘密軍隊計劃。馮·布朗曾夢想用火箭來征服外太空，最初並未在飛彈技術中看到軍事價值。
在第二次世界大戰中，多恩貝格爾上將是軍隊火箭項目的軍事首領，詹森成為了佩內明德火箭中心的指揮官，馮·布萊恩是彈道飛彈項目的技術總監，他們帶領團隊建造了組合件A-4火箭，在1942年和1943年進行試飛計劃，成為進入外太空的首個運載工具。到1943年，德國開始大量生產A-4火箭作為「復仇兵器2」，更普遍被稱為，V-2火箭。該彈道飛彈射程可達320公里（200英里），攜帶1,130公斤（2,490英磅）重的彈頭，時速為4000千米。其超聲波速度之快，意味著並無防禦措施，雷達探測也並不能提供任何警告。德國應用該武器轟炸英格蘭南部，並從1944年開始轟炸被盟軍解放的部分西歐地區，直到1945年結束。戰爭結束後，V-2火箭成為早期美國和蘇維埃火箭設計的基礎。
戰爭結束後，美國，英國和蘇聯的科學情報團隊競相逮捕德國火箭工程師，包括德國火箭及火箭的設計圖。同盟國的每個成員都獲得了德國火箭團隊的一部分份額，但是由於「迴紋針行動」，美國成為最大的受益者。它僱傭了馮•布萊恩和他絕大部分的工程團隊，後又協助美國開發飛彈和太空探測項目。美國還獲得了很多完整版V2火箭。
華納·馮·布朗（1912-1977），他是納粹德國時期火箭項目的技術總監，在20世紀50年代和60年代時，成為了美國的首席火箭工程師。
火箭隊組合聯盟
德國火箭中心佩內明德坐落在德國東部地區，是蘇聯占有區，應史達林的要求，蘇聯將它最好的火箭工程師派到該地區，「打撈」剩餘的裝備，決定是否對未來武器系統有幫助。蘇聯火箭工程師由謝爾蓋·科羅廖夫帶領。他曾參與太空俱樂部並在20世紀30年代參與蘇聯火箭設計，但是在史達林大清洗時期被逮捕，在西伯利亞被關押了六年。戰爭結束後，他成為蘇維埃社會主義共和國聯盟的首席火箭和宇宙太空船工程師，本質上是馮·布朗在蘇聯的複製品。在冷戰時期，他的身份是國家機密，對外只是宣稱「首席設計師」。在西方，他的名字被官方透露還是到1966他逝世的時候。
大約一年之後，在佩內明德附近地區，蘇聯政府將俘獲的絕大多數德國火箭專家轉移到謝利格爾湖上的Gorodomlya島，距離莫斯科西北部有240公里（150英里）。他們不被允許參加蘇聯飛彈設計過程，而是充當諮詢顧問的角色，以解決工程師遇到的問題。他們協助以下領域：蘇聯版本的A-4建造，從事A-4組織架構，研究提高A-4的主引擎，開發100噸重的引擎，協助布局工廠生產車間，用德國部件組裝火箭的準備工作。在他們尤其是赫爾穆特小組的幫助下，科羅廖夫反向破解了A-4，1948年建造了自己版本的火箭R-1。後來他開發了自己的獨特設計風格，儘管很多設計受1949年Groettrup小組設計的G4-R10 影響。終於到1951年到1953年，德國人被遣送回國。
美國專家羅伯特·戈達德從1914年開始致力於開發固態燃料火箭，並向美國通信兵團演示了光戰場火箭，但是僅僅五天後，第一次世界大戰停戰協議就簽署了。1921年他又開始開發液態火箭，儘管他並不為公眾所熟知，也沒有得到二戰後美國政府的資助，作為國家火箭研發的一部分。馮·布朗受到戈達德的啟發，以至於當他的美國程式設計師向他匯報工作時，迷惑地問他們：「為什麼不直接問戈達德博士？」馮·布朗和他的團隊在1945年被遣送到美軍白沙飛彈靶場，該地坐落於新墨西哥州。他們著手組裝俘獲的V2系列火箭，開始進行發射項目並指導美國工程師進行操作。1949年這些試驗使首個火箭帶回了外太空的圖片，並誕生了WAC Corporal-V2結合的首個兩節火箭。1950年德國火箭團隊從布利斯要塞轉移到軍隊新的紅石兵工廠，位於阿拉巴馬州的亨茨維爾。在這裡，馮·布朗和他的團隊將開發軍隊首個可操作的中程彈道飛彈—PGM-11紅石飛彈，之後的改良版本既可發射美國首個衛星，還可完成首個水星駕駛太空任務。它成為了木星和土星火箭家族的基礎。
蘇聯R-7洲際彈道飛彈及其衍生運載火箭史普尼克、東方、上升、聯盟號
冷戰飛彈競賽
第二次世界大戰結束後不久，冷戰在先前同盟國成員，蘇聯和美國之間展開，涉及持續不斷的政治衝突，軍事緊張，傀儡戰爭，經濟競賽，主要是在蘇聯及其衛星國（通常指東方集團）和西方世界，特別是美國之間展開。儘管首要的軍事參與力量從不直接衝突，但是通過軍事聯盟，戰略傳統力量部署，對弱小國家的廣泛援助，傀儡戰爭，間諜活動，宣傳煽動，核軍備競賽以及經濟技術競爭，例如太空競賽等形式來表現。
簡單來說冷戰是共產主義和資本主義之間的鬥爭。從1949年9月開始，伴隨美國喪失原子彈壟斷地位，美國就面臨著新的不確定因素。美國情報局發現蘇聯第一顆原子彈爆炸，結果可能會使未來美國面臨核戰爭，城市可能首次遭到毀滅。考慮到新的危機，美國加入了和蘇聯的軍備競賽，包括開發氫彈和洲際戰略轟炸機，可遞送核武器的洲際彈道飛彈。在20世紀50年代，美國充斥著對共產主義及其支持者的新恐慌，並發展成偏激的麥卡錫主義。隨著共產主義在中國、朝鮮和東歐的發展，美國感到十分恐慌，致使大眾和政治文化允許大範圍的「行巫搜捕」來揭露共產主義間諜。美國對蘇聯原子彈和氫彈試驗的因對措施包括維繫一支龐大的空軍，該空軍受美國空軍指揮部的控制。美國空軍指揮部緊挨蘇聯領空（西歐和土耳其）僱傭洲際戰略轟炸機和中程轟炸機，可傳遞核負載。
同時，蘇聯也害怕遭到侵襲。二戰中，1941年蘇聯遭到納粹德國入侵，至少2700萬人受傷。蘇聯對先前有結盟關係的美國很是擔憂，直到1949年末，美國一直都是原子武器的唯一持有國。在二戰中，美國已經應用了這些可操作性的武器，並且可能再次用它來對抗蘇聯，將蘇聯的城市和軍事中心夷為平地。由於美國的空軍力量要比蘇聯的空軍力量強大很多，並且在蘇聯領域附近持有先進的空軍基地，1947年史達林察覺到美國對蘇聯的威脅，下令研發洲際彈道飛彈與其抗衡。
1953年科羅廖夫接到命令研發R-7彈道飛彈火箭，該火箭源於德國設計並在此基礎上進行發展，儘管其中一些部件（特別是助推器）依然類似於德國的G-4，但這款新火箭合併階段設計，採用新的控制系統，應用新的燃料。1957年8月21日，該火箭試驗成功，緊接著9月成為世界上首個完全操做洲際彈道飛彈。後來該火箭用於向太空發射首個人造衛星，並且其衍生火箭能夠發射所有蘇聯宇宙太空船。
美國火箭項目眾多，根據海陸空三軍的不同分支來劃分項目，這意味著每支軍隊都開發自己的洲際彈道飛彈項目。美國空軍在1945年開始MX-774洲際彈道飛彈。然而該火箭所獲資金被取消，只有三個部分成功的火箭發射在1947年得以執行。1950年，在阿拉巴馬州的亨茨維爾，德國航空工程師華納·馮·布朗在美國空軍的監督下於卡納維拉角地帶開始了對PGM-11紅石火箭的測試和研發。1951年，空軍開始了被稱為MX-1593的新的洲際彈道飛彈項目，並在1955年該項目獲得最優資金。MX-1593進展成Atlas-A，1957年6月11號的首次發射使其成為美國在洲際彈道飛彈上的首次成功。它的更新版本Atlas-D火箭後來充當運營核洲際彈道飛彈的作用，用來作為水星計畫的軌道運載火箭和遠程控制的雙子星計畫。
伴隨著冷戰作為美國和蘇聯意識形態競爭轉變的引擎，在20世紀50年代晚期，美國一系列太空政策開始成形。科羅廖夫也從這次競賽中汲取很多靈感，成功完成了許多先例，阻止美國取得勝利的可能性。
開始
首個人造衛星
1955年，隨著美國和蘇聯都建造了可以用來發射物體到太空的彈道飛彈，太空競賽拉開了帷幕。僅僅相隔四天，兩國各自發表公報稱到1957年或1958年將發射人造地球衛星。在1955年7月29日，艾森豪總統的新聞發言人詹姆斯·哈格蒂宣布在1957年7月1日和1958年12月31日之間，美國計劃發射「環繞地球的小衛星」，以此作為對國際地球觀測年的貢獻。四天後，在哥本哈根召開的國際航空聯合會第六次大會中，科學家李奧尼德·賽德伍在蘇聯大使館向國際記者發言，他宣稱蘇聯在不久的將來也計劃發射衛星的打算。1955年8月30日，科羅廖夫成功在蘇聯科學院創立了一個委員會，目的是在進入地球軌道進程中打敗美國，實際上這是太空競賽開始的日期。至此蘇聯部長會議開始執行一項政策，即有關蘇聯太空計劃的進展信息作為國家機密不對外公開。
起初，艾森豪曾擔心衛星飛行經過一個國家超過100公里（62英里）高時，可能會被認為是侵犯國家領空。他擔憂蘇聯會指控美國非法飛越領空，因此自己花錢為蘇聯製造政治性勝利。艾森豪和他的顧問認為一個國家的領空主權不應擴展到外太空，並且在1957年至1958年國際地球物理年的開展中，使這一原則在國際法中得以確立。艾森豪還擔心他可能會引起國際事件，如果把軍事飛彈作為發射器的話，可能被人稱為「戰爭販子」。因此，他選定美國海軍研究實驗室的先鋒火箭，該火箭尚未試驗，只是在實驗研究中的做助推器。這就意味著馮·布朗的團隊不被允許應用Jupiter-C火箭使衛星進入軌道，原因在於該衛星充當未來軍事工具的作用。1956年9月20日，馮·布朗和他的團隊的確發射了可使衛星進入軌道的Jupiter-C的火箭，但該發射僅限用於前椎體再入技術的亞軌道。
科羅廖夫聽說了馮·布朗1956年Jupiter-C試驗，但是認為它只是失敗了的衛星任務。他加快進展，使自己衛星進入軌道的計劃。由於他的R-7實質上比任何美國的助推器都更有威力，通過設計Object D來作為他的首個衛星，他確保可以充分利用這一性能。它被稱為『D』，以此來將它和其他的R-7核武器有效負載指稱『A』，『B』，『V』和『G』區分開來。Object D讓上文提到的美國製造的衛星相形見絀。它有1,400公斤（3,100英磅）重，其中300公斤（660英磅）是由科學儀器組成的，可以收集地球圖片，在輻射水平上讀數，核實地球磁場。然而衛星的設計和製造並沒有完美匹配，因此在1957年2月，科羅廖夫尋求並得到部長委員會的允許，來製造人造衛星（PS-1），或者是簡單的衛星。該委員會還頒布命令，Object D要延期到1958年4月。新型人造衛星是個閃閃發光的球體，重量要輕很多，有83.8公斤（185英磅）重，直徑為58-公分（23-英寸）。該衛星並沒有像Object D那樣複雜的儀器，但是它有兩個廣播信號傳送器，可操作不同的短波電台頻率，具有察覺流星體是否進入壓力殼的能力，同時還可探測地球熱層的密度。
8月份和9月份R-7火箭首次成功發射，這使科羅廖夫很受鼓舞，為其發射人造衛星奠定了基礎。有消息稱美國計劃於1957年10月6日在華盛頓國家科學院召開的國際地球物理年會議上用名為「地球上方的衛星」的文件宣布他的重大突破。科羅廖夫預計馮·布朗可能在10月4日或5日連同這份文件一起發射帶有衛星有效負載的Jupiter-C。科羅廖夫加速了發射進程，將其提到10月4日。PS-1的運載火箭是改良版的R-7。9月份，它降臨在蘇聯飛彈基地土拉旦，為一號發射場的任務做準備。1957年10月4日，莫斯科時間下午10:28:34整，R-7（如今命名為史普尼克1號衛星）從發射台起飛，幾分鐘後使人造月球進入軌道。這個「同路人」就像英語翻譯的一樣，是個嘟嘟響的小球，直徑不到兩英尺，重量不到200磅。發射控制中心的慶典寂靜無聲，直到埃利佐沃半島的遠東跟蹤站從史普尼克1號衛星的電台信號傳遞器上首次收到很有特點的「嘟嘟……嘟嘟……」的聲音，表明它正在完成首次軌道的進程之中。發射95分鐘之後，衛星飛過發射場，工程師和土拉坦的軍事人員收錄了它的電台信號，直到這時科羅廖夫和他的團隊才慶祝首次人造衛星成功進入地球軌道。
美國反應
蘇聯的成功在美國引起了掀起了軒然大波，艾森豪命令民用火箭和衛星項目先鋒盾提升進程，發射衛星的時間要比預計的早很多。1957年12月6日，先鋒盾火箭項目在佛羅里達的卡納維爾角空軍基地發射後沒幾秒就發生爆炸，並在美國電視觀眾面前現場直播，是一次重大的失敗，同時也成了一個國際笑話。該衛星以 「失敗衛星」、「死呆衛星」、「出毛病衛星」等戲謔的名字出現在報紙上。在聯合國，俄國代表團向美國代表提供援助，並聲稱該援助是蘇聯對落後國家技術援助的項目。緊隨這次公開大失敗而來的是馮·布朗的紅石團隊得到允許以最快的速度發射了他們的Jupiter-C火箭。在英國，作為美國西方冷戰的同盟，它的反映很複雜。一些民眾為蘇聯首先到達太空表示祝賀，然而另一些人則擔心軍事宇宙太空船的利用可能帶來毀滅性災難。
1958年1月31日，在「史普尼克1號」發射近四個月後，馮布勞恩以及美國用四階朱諾1號火箭在卡納維拉爾角成功發射了首個衛星，該火箭來源於美國陸軍紅石飛彈。探索者一號衛星總重30.8英磅（14.0公斤）。它攜帶者微型小隕石大小的計量器和蓋革米勒管。它在為194乘1,368-海里（360乘2,534-公里）圍繞地球的輻射帶中進進出出，因此可以飽和管子的容量，證明了艾奧瓦大學太空科學家詹姆斯·范·艾倫博士所作的推理。該帶，被命名為范艾倫輻射帶，是個甜甜圈形狀的區域，在磁赤道上的地球周圍輻射密度相當高。范愛倫還設計並建造了探索者1號的衛星儀器。該衛星實際上測量了三種現象：宇宙射線、輻射水平、宇宙太空船的溫度以及小隕石的碰撞頻率。該衛星沒有對數據記憶的存儲，因此它並不能連續傳遞。兩個月之後，也就是1958年3月，帶有增音宇宙射線儀器的第二個衛星被發射進入軌道。
1958年4月2日，艾森豪總統在回應蘇聯首次向太空發射衛星的領先地位時，向美國國會建議到應該建立一個民間組織，領導非軍事的太空活動。美國國會由參議院多數黨黨領袖林登·詹森領導，他宣布通過《美國國家航空暨太空法案》。1958年7月29號，艾森豪總統簽署該法案時期具有法律效力。該項法律使美國國家航空諮詢委員會變成了美國國家航空暨太空總署。它還生成了民用軍事聯絡委員會，由總統主持，為協調國家民用和軍事太空項目負責。1959年10月21號，艾森豪同意將軍隊剩餘下的太空相關活動轉移給國家航空與宇宙航行局。1960年7月1號，紅石兵工廠成為了美國航空與宇宙飛行局的馬歇爾太空飛行中心，馮·布朗成為其首任主任。土星火箭家族的發展進入成熟階段是將會使美國在運載能力上和蘇聯持平，因此後來被移交給國家航空與宇宙飛行管理。
在確定衛星進入軌道後，威廉·海達德·皮克林，詹姆斯·范·艾倫和華納·馮·布朗在華盛頓新聞發布會上展示了探索者一號的實寸模型。
人類進入太空
蘇聯
1959年，美國觀察者認為蘇聯將會是第一個將人類送上太空的國家，因為準備首次向水星發射需要時間。1961年4月12號，蘇聯用「東方一號」太空船將尤里·加加林送入地球附近的單個軌道，再次使世界為之震驚。他們授予加加林太空人的稱號，從俄語和希臘語翻譯過來是「太空水手的意思」。當打開船艙里寫有可輸入電腦的密碼信封時，儘管他有能力手動控制宇宙太空船，但是還是以自動模式飛了起來。醫學科學在當時並不知道在失重的太空中，人將會怎樣。東方一號繞地球軌道飛行108分鐘後再次進入蘇聯，加加林從7,000公尺（23,000英尺）的宇宙太空船上彈出，坐降落傘著陸。國際航空聯合會授予加加林人類第一次太空飛行的榮譽，儘管當時對航空記錄的資格規則是要求太空人與太空太空船一起出發，一起著陸。正因如此，蘇聯在國際航空聯合會的提交文件中遺漏了加加林並沒有和太空艙一起著陸的事實。1961年8月，國際航空聯合會申請戈爾曼·季托夫的第二次東方號飛行時揭露彈射著陸技術，國際航空聯合會委員會決定展開調查，並得出結論：人類太空飛行的科技成果是建立在安全發射，安全運行和安全返回的基礎上，而不是著陸的方式，並相應的對其規定作出了修改，原封不動的保留了加加林和蒂托夫的記錄。
加加林成為了蘇聯和東歐集團的國家英雄，是享譽世界的名人。莫斯科及蘇聯其他城市舉行了很多遊行慶典，其規模之大僅次於1945年慶祝第二次世界大戰的勝利遊行。4月12日被宣布為「載人空間飛行國際日」，如今在俄國是政府「紀念日」之一。2011年，美國宣布這天為人類太空飛行國際日。
在火箭發射的時刻，發射室和加加林的無線電通信有以下對話：
科羅廖夫：「初步階段，中間階段，主要。。。發射！祝你飛行愉快，一切安好。」 加加林：「讓我們出發吧！」
加加林並不正式的「出發」成為了東歐集團的歷史性短語，用來指人類太空飛行紀元的開端。
1961年艾倫·謝潑德成為首個登上太空的美國人
美國
美國空軍早就開始研發命名為「人類最早進入太空」的首次人類太空飛行項目。此項目研究了幾種不同類型的太空艙，固定在彈道返回艙上，在衍生的阿特拉斯火箭上發射，選出了九名候選飛行員，作為一個團隊。在美國國家航空與宇宙航行局創立之後，1958年11月26號該項目被轉移給民用機構，重命名為水星計畫。美國國家航空與宇宙航行局從海軍，空軍和海軍陸戰隊試飛員中挑選了新的候選太空人（在希臘語中是「星際水手」的意思），並將項目小組成員縮減為7人。設計太空艙及訓練太空人立即開始，為阿特拉斯軌道飛行之後的紅石火箭首次亞軌道飛行做努力工作。每次飛行系列活動首次都要無人駕駛，然後是靈長類動物，最後是人。
三個星期後，也就是1961年5月5號，艾倫·謝潑德成為首個進入太空的美國人，在水星-紅石3號上，發射進入彈導軌跡，他命名為自由者7號宇宙太空船。儘管他並沒有獲得像加加林一樣的榮譽，但他是第一個手動操控宇宙太空船飛行姿態及煞車火箭點火的人。成功返回之後，謝潑德被稱為國家英雄進行慶祝，在華盛頓、紐約和洛杉磯舉行遊行慶祝，並被約翰·甘迺迪授予美國航太總署傑出服務獎章。
奔月競賽
加加林登上太空前，美國總統約翰·甘迺迪對美國載人太空項目的支持程度不溫不火。麻省理工學院的傑羅姆·威斯納，是艾森豪和甘迺迪總統的科學顧問，他本人也反對載人太空探索。他說：「如果甘迺迪可以在不犧牲國家的前提下可以放棄一次重大太空項目，他早就這麼做了。」1961年3月，1970年前，美國國家航空與宇宙飛行局行政官詹姆斯韋伯遞交登月資金的預算申請，甘迺迪表示拒絕，僅僅是因為花費太高。一些人對甘迺迪能夠最終支持國家航空與宇宙飛行局以及太空計劃表示驚訝，因為在選舉時他曾很多次攻擊艾森豪政府，稱其無能。
加加林的飛行改變了這個局面；此時甘迺迪總統感到了恥辱，害怕美國一部分公眾倒向蘇聯。1961年4月20日，他給副總統林登·詹森發了一封備忘錄，讓他去調查美國太空項目的情況，看看美國國家航空暨太空總署有什麼能夠追趕上蘇聯太空項目。當時所做出的兩個重大選擇一個是建立地球軌道太空站，一個是登月計劃。基於自己對美國和蘇聯火箭運載能力的評估，詹森回答了甘迺迪的問題，詹森又反過來向馮布勞恩諮詢。基於馮布勞恩的回答，詹森向甘迺迪反映情況說明要想領先還要做出很多努力，並建議到未來的載人登月遠遠足夠保證美國的領先地位。
甘迺迪最終決定繼續進行後來被稱為阿波羅計畫的項目，他於5月25日發表演說請求國會支持，就國家安全的重要性以及國家在其他科學和社會領域的活力論證計劃的合理性。1962年9月12日，在靠近新的載人宇宙太空船中心設施的施工場地，德克薩斯州休斯頓的萊斯大學體育館中，甘迺迪在很多民眾面前為這項計劃發表了題為「我們選擇去月球」的演講，獲得了大眾的支持。
赫魯雪夫沉默地回應了甘迺迪隱射的挑釁，拒絕公開確認或否定蘇聯正在進行「月球競賽」。然而，就像後來被揭露的那樣，蘇聯在九年多的時間裡秘密地進行著這個項目。
東方號和水星計畫
水星
1961年7月21日，美國人維吉爾·格里森「格斯重複了謝潑德在自由者7號中的亞軌道飛行。在蘇聯讓人類進入軌道的幾乎一年之後，1962年2月20日，太空人約翰·格倫成為進入地球軌道的第一個美國人。他的水星-擎天神6號任務在友誼7宇宙太空船里完成了三個軌道，在在遙測數據錯誤顯示成寬鬆的隔熱罩後而導致緊張的再入後，在大西洋安全降落。作為進入軌道的首個美國人，格倫成為了國家英雄，並在紐約為其舉行了盛大的遊行，這讓人想起為查爾斯·林德伯格舉行的遊行。1962年2月23日，在卡納維爾角空軍基地舉行的遊行中，甘迺迪一直陪伴其左右，並授予格倫國家航空宇宙飛行局服務獎章。
在格倫之後，美國又啟動了超過三次的水星飛行：1962年5月24日水星-擎天神7號再次創造了格倫的三次軌道；1962年10月3日，水星-擎天神8號完成了6次軌道；1963年5月15日水星-擎天神9號完成了22次軌道運行（32.4小時）達到了該宇宙太空船的極限。美國國家航空與宇宙飛行局起初計劃再多發射一個飛彈，使宇宙太空船的承受力擴大到3天，但由於這並不能打破蘇聯的記錄，決定轉向集中開發雙子座項目。
1962年約翰·格倫成為在軌道中的首個美國人
東方號
蘇聯通過東方5號和東方6號再次創造了雙發射的偉績。這次他們將用東方號6將第一個女性（也是第一個平民百姓）瓦蓮京娜·捷列什科娃發射進入太空。據報導，將女性送入太空的想法是科羅廖夫提出的，完成這項任務的目的僅是宣傳作用。捷列什科娃是一個小兵團里的女性太空人之一，她是跳傘愛好者，但她是唯一一個具備飛行條件的人。直到1980年蘇聯才將太空人兵團對女性開放，在美國對女性開放之後兩年。
蘇聯一直對東方號太空艙的細節和真是面目進行保密，直到1965年4月的墨西哥經濟展覽會，才首次卸下遮擋球形太空艙的氣動頭錐。1961年7月，「東方號宇宙太空船」首次在圖西諾航空展亮相，被安裝在運載火箭的第三階，沒有在本有位置帶前椎體。尾部同樣加了8根散熱翅片，其目的很明顯是為了迷惑西方觀看者。這個偽造的尾段還出現在官方紀念郵票和紀錄片上。
瓦蓮京娜·捷列什科娃──第一個女性（也是第一個平民百姓）進入太空
美蘇合作
963年9月20日，在聯合國大會之前的一次演講中，甘迺迪總統提議美國和蘇聯聯合起來，共同努力登上月球。蘇聯總理赫魯雪夫起初拒絕了甘迺迪的提議。
1997年10月2日，報導稱赫魯雪夫的兒子謝爾蓋聲稱在1963年11月22日甘迺迪遇刺的那天，赫魯雪夫泰然自若的答應了甘迺迪的提議。在接下來的幾個星期內，他聲稱考慮到雙方都能從合作項目中得到的成本效益和技術收益，赫魯雪夫決定接受甘迺迪的提議，前提是在雙方作為世界兩個超級大國的領導人期間要和諧共處，但是赫魯雪夫改變了想法，放棄了這個主意，因為赫魯雪夫並不像信任甘迺迪那樣信任他的接班人林登詹森。
作為總統，詹森堅定不移的從事雙子和阿波羅項目，促使它們成為甘迺迪對美國公眾的奉獻。在甘迺迪逝世一個星期後，他發布行政命令，將卡納維拉爾角和阿波羅發射設施以甘迺迪的名字重命名。
雙子和上升號
在登月計劃的承諾下，1962年1月，美國宣布啟動雙子星計畫。通過提高太空會合關鍵的太空對接技術，足夠長的飛行時間可以模擬登上月球並返回，並且艙外活動可以完成宇宙太空船外的有用的工作。
同時，科羅廖夫對東方號宇宙太空船計劃了更長遠的任務，1963年末，在OKB-1設施場地，有四個東方號處於不同的製造階段。在那時美國宣布了他們野心勃勃的雙子飛行日程計劃，這些計劃包括在宇宙太空船性能上的重大進展，包括雙人太空船，改變軌道的能力，執行艙外活動的能力，和另一個太空船對接的目標，與先前的水星或東方號船艙相比，這些都是重大的進展。科羅廖夫認為有必要用這些發明來擊敗美國。科羅廖夫已經開始設計東方號的替代品-新一代的聯盟號宇宙太空船。然而，至少三年後聯盟號才能得以使用，不能夠用來對抗美國在1964年或者1965年的挑戰。在1964年早期的政治壓力中，一些發起者的要求來自於赫魯雪夫，另一些來自於共產黨官員，施加壓力讓科羅廖夫改造剩餘的四個沃斯托克號，在新太空的飛行員規模上以及飛行時間上打敗美國。
上升計劃
雙子號用比計劃多出一年的時間完成了首次航行，使蘇聯在1964年10月12日首先完成了上升1號的發射，它是首個載有三名太空人的宇宙太空船。這次任務為蘇聯招徠另一技術進步：這是首次太空人可以在穿襯衣的環境下執行任務的太空飛行。然而，飛行不穿太空服，這項新技術的實現並不是因為蘇聯宇宙太空船環境系統的安全提升，而是太空船有限的駕駛內部空間不允許穿太空服。飛行不穿太空服使太空人置於極大地冒險中，致命的船艙減壓事故可能發生。直到1968年美國阿波羅號指揮艙的飛行，蘇聯的這項偉績才停止為人們所訴說。美國阿波羅號指揮艙的使命是從開始到安全將三名太空人只穿著襯衣送上太空。
在10月14日至16日期間，上升1號著陸的第二天，勃列日涅夫和由高級共產黨官員組成的幹部小群罷黜了赫魯雪夫蘇聯政府領導人的職位，這天被稱為「星期天陰謀」。新的政治領導人同科羅廖夫一起，結束了上升計劃的技術難題，取消了正處於計劃階段的上升3號和4號，開始集中精力投入奔月競賽。上升2號的完成是1966年1月14日科羅廖夫去世之前的最後成果，蘇聯在太空中取得的很多第一，證明了20世紀60年代早期蘇聯在宇宙太空船技術上的獨尊地位，上升2號是蘇聯在太空中的最後一個第一。據歷史學家阿西夫西迪奇所說，科羅廖夫的豐功偉績上寫到：「科羅廖夫的成就代表了蘇聯太空事業的最頂峰，前無古人，後無來者。」 蘇聯太空駕駛飛行擱置了兩年，雖然上升號的替代者—聯盟號宇宙太空船已經被設計和開發出來。
1965年3月18號，在美國首次雙子計劃太空飛行一個星期之前，蘇聯加快了競爭的步伐，發射了雙人上升2號飛彈，兩名飛行員是帕維爾·貝爾西耶夫和阿列克謝·列昂諾夫。上升2號的設計修改方案包括一個充氣氣閘的添加，可進行艙外活動，也被稱為太空漫步，同時可保持艙內密封加壓，以使太空艙電子設備不會過熱。列昂諾夫執行了第一次外倉活動，作為任務的一部分。列昂諾夫的太空服在真空太空中展開時，對他再次進入氣閘產生阻礙，險些使他喪命。為克服這一困難，他不得不局部減輕太空服的壓力到可能帶來危險的水平。列昂諾夫最終成功進入了太空艙，但是當太空船的大氣控制器使得太空艙內充滿45%的純氧時，兩名太空人面臨進一步的挑戰，在重新進入地球之前，他們需將氧氣濃度降到合適的水平。而且他們還面臨另外另個挑戰：一是減速火箭發射不及時，導致上升2號著陸在遠離目標區域386公里（240英里）的地點—彼爾姆鎮；二是太空船儀表倉的未能脫離下降儀器使得宇宙太空船在重新進入地球的時候處於不穩定的狀態。
雙子星計畫
儘管延誤了一年才完成第一次飛行，雙子能夠超越在上升號後間斷兩年的蘇聯，這使美國趕上並且超過了先前在太空飛行中占據霸主地位的蘇聯。雙子星計畫在其十個飛行任務中完成了一些意義重大的第一：
<1>在雙子座3號中（1965年3月），維吉爾·格里森和約翰·楊成為首次能改變太空船軌道的太空人。
<2>在雙子座5號中（1965年8月），太空人戈爾登·庫勃和皮特·康拉德創造了在太空中飛行8天的記錄，對於月球駕駛任務來說時間足夠長。
<3>在雙子座6A號中（1965年12月），機長瓦爾特·施艾拉完成了與雙子座7號的首次太空對接，精確地使其軌道與另一架太空船相吻合，使三個連續軌道相距僅為1英尺（0.30公尺）。
<4>雙子座7號也為弗蘭克·博爾曼和吉姆·洛弗爾創造了宇宙太空船忍耐性達14天的記錄，一直持續到20世紀70年代早期兩國開始發射太空實驗室。
<5>在雙子座8號中（1966年3月），機長尼爾·阿姆斯壯實現了雙子座太空船和阿金納目標太空船這兩架太空船的首次對接。
<6>雙子座11號（1966年9月），機長是康拉德，實現了和目標「阿金納」在第一個軌道上的首次直接上升式相遇，駕駛阿金納火箭達到了742海里（1,374公里）的最遠距離，一直到現在的2015年（世界調整時間）還保持著記錄。
<7>在雙子座12號上（1966年11月）巴茲·奧爾德林在花費五個小時的三次艙外活動中舒適地工作著，最終證實了人類可以在宇宙太空船外執行有價值的任務。這是最難實現的目標。
在早期任務中的大多數新手飛行員都將成為後來任務的機長。這樣以來，雙子星計畫為飛行阿波羅號登月任務的大量太空人提供了太空飛行經驗。
登月
蘇聯登月項目
科羅廖夫的設計辦公室生產了制定了兩個繞月宇宙太空船的說明書（1962年3月和1963年5月），其中主要的宇宙太空船是早期他的聯盟號的設計版本。蘇聯共產黨中央委員會司令員655-268正式確立了兩個機密小組，將從1964年8月3日起在載人繞月飛行項目和登月計劃上展開競爭。繞月飛行項目計劃在1967年成形，登月計劃1968年開始。
繞月飛行項目是弗拉基米爾·切洛梅OKB－52設計局創立的，是要將兩名太空人在簡裝的聯盟號7K－L1，由契洛米易的質子號UR－500火箭發射。契洛米易僱傭其家庭成員的想法得到了赫魯雪夫的贊同。
科羅廖夫的登月計劃主要由N1/L3完成，因為它有出色的助推器和更先進的聯盟號7K－L3太空船，也被稱為「繞月軌道艙」。N1/L3載有兩名太空人。一個獨立的月球著陸器（LK）將會帶領一名獨立的太空人降落至月球表面。
N1/L3發射火箭進入地球軌道有三個階段，第四個階段是地球分離，第五個階段是協助登月。組合在一起的宇宙太空船與分為三個階段的美國阿波羅號/農神5號運載火箭擁有大致相同的飛行高度和起飛質量，同時比阿波羅號的起飛推力多出28%，但是只有一本的變軌有效載荷能力。
赫魯雪夫下台後，切洛梅的繞月飛行項目併入N1/L3項目。
外太空條約
早在1958年，美國和蘇聯就開始討論太空的和平利用問題，並在聯合國中提出議題，1959年聯合國和平利用外太空委員會成立。1962年5月10日，副總統詹森在第二次全國會議上發表關於太空和平利用的發言，顯示了美國和蘇聯雙方都支持1962年12月聯合國大會政治委員會通過的解決方案，不僅督促成員國將外太空納入國際法準則，還要在探索中加強合作。甘迺迪開始了美國蘇聯太空項目之間的交流。
1967年1月27日，聯合國最終制定了管理國家太空探索和利用活動的條約原則，包括月球和其他天體，由美國、蘇聯和英國共同簽署，10月份生效。
條約：
<1>禁止締約國在地球軌道、月球或任何其他天體上放置大規模殺傷性武器；
<2>月球和其他天體的利用只能限於和平的用途，禁止試驗各種武器，進行軍事演習，建立軍事基地，設施和防禦工事；
<3>外天空探索應使所有國家受益，所有國家自由探索和利用；
<4>明確禁止任何政府占有天體資源，例如月球或行星，聲明他們是人類共有的遺產，不受國家撥款限制。然而，國家發射的太空物體，該國享有管轄權和控制該物體的權利；
<5>太空物體造成的損失應由發射國承擔；
<6>非政府實體在外太空的活動，包括月球和其他天體，需要授權和相關締約國按照條約來監督，締約國要承擔國家太空活動的國際責任，無論是政府主體還是非政府主體。
<7>「若締約國有理由相信，該國或其國民在外太空（包括月球和其他天體）計劃進行的活動或實驗，會對本條約其他締約國和平探索和利用外太空（包括月球和其他天體）的活動，造成潛在的有害干擾，該國應保證於實施這種活動或實驗前，進行適當地國際磋商。」
截至2015年，該條約由102個成員國簽署，保持效力。
事故
1967年，兩國面臨著嚴重的挑戰，使項目暫時停止。雙方都以全力以赴進行著阿波羅和聯盟號的首次試飛，沒有在發展設計和製造問題上做出應有的努力，結果給雙方先驅工作人員帶來了致命性災難。
1967年1月27日，在與美國和蘇聯簽訂外太空條約的同一天，阿波羅1號載人任務的小組，機長飛行員維吉爾·格里森，高級駕駛員愛德華·懷特和飛行員羅傑·查菲，在一次靜態測試中一場火襲卷了太空船艙，全部人員犧牲，距離2月21日計劃發射日還有不到一個月的時間。一個調查委員會確定這場火災可能是由電力火花引起的，在太空船純氧的環境中，很快失控。由於在超大氣內部壓力中，不能打開內崁式門艙口，使人員不可能脫險。該調查委員會還發現太空船在設計和建造上的瑕疵，程序上的缺陷，包括對純氧環境下危險情況的考慮不足和安全程序不到位。所有這些瑕疵都要在接下來的22個月中得以修正，直到首次載人駕駛成功。水星和雙子計劃的老兵格里索姆是迪克·斯雷頓中意的人選，斯雷頓是國家航空與宇宙飛行局飛行小組活動的主管，負責首個載人飛行著陸。
與此同時，蘇聯在聯盟號的開發中也遇到了困難。工程師向政黨領袖報告了200種設計錯誤。但是他們的疑慮卻被紀念列寧誕辰的一系列太空壯舉所帶來的政治壓力否決。1967年4月24日，聯盟1號唯一的飛行員弗拉基米爾·科馬洛夫，成為了首個在太空船飛行中遇難的不幸者。該任務計劃是為期三天的試驗，包括蘇聯首次與無人駕駛的聯盟2號對接，但是該任務受到了問題的困擾。早期，科馬羅夫的太空船缺乏足夠的電源，因為兩個太陽能板僅有一個投入使用。接著是自動姿態控制系統開始出故障，最後完全停止工作，導致太空船不受控制的旋轉起來。科馬羅夫可以用手動系統停止太空船旋轉，僅僅可使部分生效。僅僅一天之後，飛行管理者的任務就失敗了。在緊急重返中，降落傘著陸系統的故障致使主要降落傘故障，儲備降落傘和減速傘纏繞在一起，科馬羅夫在衝撞中犧牲。修整太空船故障使載人聯盟號飛行可以重新開始延誤了18個月。
奔向月球
美國從阿波羅1號火災中恢復過來。在1967年後半年和1968年早期，美國繼續進行農神5號運載火箭無人駕駛試驗發射。格里索姆的後援小組在阿波羅7號上完成了阿波羅1號檢驗阿波羅在地球軌道命令和服務模塊的任務，該小組由瓦爾特·施艾拉指揮，於1968年10月11號發射。太空船近乎完美地完成了任務，為期11天的任務取得了完全勝利，為美國繼續進行登月任務鋪平了道路。
蘇聯也維修了聯盟號降落傘和控制問題，下一個駕駛任務—聯盟3號於1968年10月26號發射。 該任務目標是完成科馬羅夫與無人駕駛的聯盟2號的相遇和對接。 地面控制員將兩架太空船的距離控制為200米，接下來由太空人喬治·貝雷戈瓦來控制。他將距離控制在與目標距離相距40米內，由於駕駛錯誤致使宇宙太空船的方向錯誤，迫使聯盟2號自動離開接近的太空船，在機動燃料消耗90%之前，無法實現對接。通過聯盟4號和聯盟5號任務，蘇聯宇宙太空船的第一次對接最終在1969年1月實現。這是兩架載人宇宙太空船的首次對接，也完成了首次將太空人從一個太空船轉移到另一個太空船任務。
在五次並未成功和部分成功的自動測試發射之後，蘇聯探測器宇宙太空船並沒有為1968年的載人駕駛繞月任務做好準備。這五次發射是1967年11月的宇宙146、1967年4月8號的宇宙154、1967年9月27號的探測器1967A、1967年11月22號的探測器1967B。 1968年3月2號探測器4號發射，成功完成繞月飛行。 在月球周圍成功飛行之後，在3月9號，探測器4號在重返地球過程中遇到問題，在幾內亞灣15,000米上空，蘇聯要求將其炸毀。 蘇聯官方聲明稱探測器4號是一次無人工操作的試驗飛行，但由於其復甦軌跡定位在大西洋上而不是蘇聯，我們決定將其毀壞。
在1968年夏季，阿波羅項目遇到另一阻礙：首個載人駕駛登月艙為1968年12發射的軌道測試做好充足的準備。通過改變任務飛行命令，國家航空與宇宙航行局的決策者們克服了這一挑戰，將首次登月艙飛行推遲到1969年3月，在沒有登月艙的情況下將阿波羅8號發射進入環月軌道。 該任務在一定程度上受蘇聯在1968年末將要發射載人飛行的情報謠言的影響。1968年9月，探測器5號載陸龜完成繞月飛行並返回地球，首次成功的在印度洋上完成蘇聯太空項目水上著陸。這也使美航局策劃者感到害怕，他們花費幾天時間確定這僅是一次自動飛行，不是載人駕駛的，因為錄音是從太空船傳到月球的。 1968年11月10號，另一個自動試驗飛行—探測器6號發射，但這一次在地球重返時遇到了問題，過早的減壓並打開了降落傘，致使其據6天前的發射地只有16公里的地方緊急降落。由於探測號的不安全性，使1968年蘇聯載人駕駛繞月飛行變為不可能。
1968年12月21號，弗蘭克·博爾曼，吉姆·洛弗爾和威廉·安德斯是第一個用農神5號火箭使阿波羅八號飛向太空的太空人。他們也是第一個離開低地球軌道進入另一天體的人，並在12月24號進入繞月軌道。 在20小時內，他們進入了10次軌道，傳送了歷史上收視率最高的電視廣播節目，用從月球軌道來的聖誕節前夕節目。在廣播之後的兩個半小時後，他們引爆了引擎，使首個進入地球轉移軌道離開繞月軌道，返回地球。12月27號，阿波羅8號在太平洋安全著陸。
美國登月艙最終於1969年3月在阿波羅9號上為在近地軌道駕駛試驗飛行成功地做好了準備。下一個任務—阿波羅10號，為1969年5月的首次著陸進行了「帶妝彩排」，使登月艙在表層接近47,400英尺（14.4公里）上空在繞月軌道飛行，在該點時，下降動力裝置將會開始。事實證明，登月艙運行良好，下一步將要嘗試真實著陸。
蘇聯登月項目陷入了深淵，美國並不知情。在1969年連續兩次N1運載火箭發射失敗後，蘇聯的駕駛著陸計劃遭遇延期。1969年7月3號，N-1火箭發射台爆炸，給蘇聯帶來了致命性打擊。 在引擎停工後，火箭碰撞了發射台，使自身和發射設備都遭到了摧毀。 沒有N-1火箭，蘇聯不能向月球發射足夠大的有效負載來使人類在月球安全著落並返回。
阿波羅11號
阿波羅11號已做好7月在寧靜海的降落準備。1969年1月，該小組被挑選出來，包括指揮官尼爾·阿姆斯壯，指揮艙飛行員麥可·科林斯，登月艙駕駛員愛德文·巴茲·奧爾德林。 他們為這項任務一直在訓練，直到實際發射那天才結束。1969年7月16號上午9點32分EDT，農神5號火箭—AS-506在弗羅里達的甘迺迪太空中心39號發射複合體起飛。
月球之旅花費了僅僅三天時間。 到達軌道之後，阿姆斯壯和奧爾德林就轉移到了登月艙，該登月艙命名為「鷹」。在克服由於將天線開關放錯位置而導致的幾次電腦超載警報以及一次輕微的試驗誤差之後，阿姆斯壯掌管了對人工飛行的控制，並且指導登月艙於1969年7月20日20:18:04 UTC時（3:17:04 pm CDT）安全著陸。在冒險走出太空船之前，這些首次登上月球的太空人需要再等六個小時。7月21日02:56 UTC時，阿姆斯壯成為了踏上月球的第一人。
地球上至少五分之一的人口，約723,000,000人見證了月球上踏出的第一步。 當他從登月艙的著陸腳墊上走出來時，他說:「這對個人來說是一小步，對人類來說卻是一大步。」差不多二十分鐘後，奧爾德林也和阿姆斯壯一起踏上了月球的表面。在太空船外他倆一起度過了不到兩小時十五分鐘的時間。第二天，他們從另一個天體上執行了第一次發射，回程時和哥倫比亞號相遇。
阿波羅11號離開繞月軌道並返回地球，於7月24號在太平洋安全降落。當太空船墜落時，距甘迺迪承諾在本年代末使人類登上月球並成功返回地球已經過去2982天了，在還有161天剩餘的情況下，該任務完成了。 阿波羅11號任務的安全實現使美國贏得了月球競賽。
緩和
伴隨月球目標的實現，美國航太總署野心勃勃，繼續實施人類太空計劃，但是不久後發現絕大多數政治資本全部花費一空。
第一次著陸後，1969年11月在阿波羅12號上進行了又一次精確著陸。由於擁有足夠的阿波羅號宇宙太空船和農神五號火箭發射器為阿波羅20號接連八次的月球著陸提供支撐，執行了超負荷的任務，並在最後五次任務中將登陸人員輸送至月球探險車。他們還計劃實施一項阿波羅應用計劃來開發一個建於軌道上的，可持續較長時間的地球軌道車間（後被命名為太空實驗室），使用幾個較小的土星1B號運載火箭，不久後決策者決定使用農神5號的兩個基礎階段，從S-IVB（也是農神五號的第二階段）來發射預製的車間，立刻取代了阿波羅20號。節省開支，削減預算很快就使美國航太總署放棄了阿波羅18號和19號，但依舊保留了三個月球車任務。阿波羅13號在飛行中遭遇了探測器故障，被迫放棄1970年4月的月球著陸計劃，帶著登陸人員安全返回，只是再次使計劃暫時擱淺。登陸計劃繼續實施，取得四次成功，分別是阿波羅14號（1971年2月）、阿波羅15號（1971年7月）、阿波羅16號（1972年4月）和阿波羅17號（1972年12月）。
1969年2月，理察·尼克森召集了太空任務組來為美國民用太空項目制定建議書，由副總統斯皮羅·阿格紐帶領。阿格紐是美國航太總署後續計劃的狂熱支持者，並且系統與科技事業部為發展科重複利用的太空運輸系統給出建議。該太空運輸系統包括一架太空梭，這將會為在地球和月球軌道建立長期的太空站提供便利，可能是在月球表面，並且人類的首次火星飛行最早在1986年，最晚在2000年。對於新的阿波羅計畫，國會中的政治支持力量下降，尼克森對此感覺良好。他打算緩和和蘇聯以及中國之間的關係，希望可以緩和冷戰的緊張局勢。他削減了送交給國會的支出預算，僅僅包括太空梭的資金，亦或是未來可預見的地球軌道太空站。
與此同時，蘇聯繼續嘗試N1火箭的完美執行，在1971年和1972年兩次發射失敗後，最終在1976年取消該任務。
太空站
月球競賽失利後，蘇聯決定集中精力於軌道太空站。1969年和1970年間，繼聯盟3號之後，他們發射了超過六次的聯盟號飛行，繼而發射了第一個太空站，1971年4月19日發射了由克里姆·克里莫夫設計的禮炮1號實驗室。三天後，聯盟10號小組試圖與其對接。但是沒有實現足夠安全的連接以安全進入太空站。聯盟11號的成員，弗拉迪斯拉夫·沃爾科夫、格奧爾基·多布羅沃爾斯基和維克托·帕特薩耶夫於6月7日成功的完成了對接，且完成了停留22天的記錄。在6月30日的返回途中，該小組成為了第二次飛行中的太空不幸兒。太空艙失去壓力後，小組人員窒息而死。這個災難歸咎於太空艙壓力閥門的故障，使所有的空氣都流向了太空。該小組人員沒有穿壓力服，一旦空氣泄露發生，沒有生還的可能。
為防止未成熟的再進入，聯盟1號軌道增加了，但是當蘇聯重新制定新安全問題的處理辦法時，更遠的駕駛飛行卻耽擱了。在軌道停留175天後，太空站於10月11日重新回到了地球。蘇聯計劃於1972年7月29日發射第二個聯盟號級別的太空站，特指持久軌道太空站2號（簡稱DOS-2），但是火箭的失敗使其沒有進入軌道。DOS-2失敗後，蘇聯計劃在1975年發射另外四個禮炮號級別的太空站，火箭最後階段發生爆炸，彈片劃破了太空站，使其不能承受壓力，造成了再次失敗。儘管所有的禮炮號都是以非軍事科學實驗室的性質呈現給公眾的，但是事實上其中一部分禮炮號確實包含軍事偵查站。
美國在1973年5月14日發射了軌道工作站—太空實驗室。它重169,950英磅（77,090公斤），58英尺（18公尺），直徑有21.7英尺（6.6公尺），可居住體積為10,000立方英尺（280立方公尺）。在上升至軌道時，太空實驗室受到了損壞，丟失了其中一個太陽能板和流星體隔熱板。隨後的太空飛行任務隊太空站進行了維修。最後一個任務太空實驗室4號的小組創造了太空競賽在軌道長達84天的持續時間，當該任務於1974年2月8日結束時。太空實驗室在軌道中又呆了五年，於1979年7月11日越過印度洋和西澳大利亞，進入地球大氣。
美蘇合作
972年5月，理察·尼克森總統和蘇聯最高領導人勃列日涅夫就緩和關係進行談判，達成了冷戰中短暫性的「融解」。在體育精神的影響下，合作比競爭更有利於時機，持續競爭的概念開始淡化。
兩國計劃實施一項合作任務，來使美國最後的阿波羅太空船和聯盟號進行對接，命名為阿波羅-聯盟測試計劃。為準備該任務，美國設計了阿波羅號的對接艙，與蘇聯的對接系統相匹配，使其任意兩個太空船都可以對接。該對接艙可作為氣閘，允許飛行人員進入其他座艙氣流不相容的太空船。
1975年7月15日12:20 UTC，聯盟19號首次發射，合作任務開始。六個半小時後，帶有對接艙的阿波羅太空船發射。7月17日16:19 UTC兩架太空船相遇並對接。美蘇各派三名和兩名太空人執行合作任務，他們相互握手，交換禮物，並參觀對方的太空船。
遺產
載人太空飛行
20世紀70年代，美國開始研發新一代的可重複利用的軌道宇宙太空船，被稱為太空梭，並發射了一系列的無人駕駛探測器。蘇聯繼續開發禮炮計劃和和平號（和平號或是世界號，依據語篇）太空站技術，用聯盟號太空船來做支撐。在暴風雪號計劃下，他們研發了自己的大型太空梭。然而，蘇聯在1991年解體，太空項目的剩餘部分被分散到東歐各個不同的國家。美國和俄國將會在太空中就太空梭－和平號計劃以及再次建立國際太空站展開合作。
俄國R-7火箭家族，在太空競賽開始時發射了第一顆人造衛星，至今還在使用。它為國際太空站（ISS）提供服務，是聯盟號和進步號太空船的發射器。它還將俄國和美國的飛行人員運送至太空站並送出。
科技進步
美國擔心在太空競賽中自己落後於蘇聯，通過立法者和教育者在美國學校中更加注重數學和物理科學，使其更進一步。為實現目標，美國1958年指定的的《美國國防教育法》增加了從兒童時期到研究生階段的資金。
在這些資助下受到教育的科學家，幫助開發技術，這些技術被應用於廚房，交通系統，體育運動，以及現代生活中的其他方面。乾果和即食食品（尤其是食物殺菌和包裝技術），保持乾燥的衣服，甚至是無霧滑雪護目鏡都來源於太空科技。
如今，在地球軌道有上千個人造衛星，在行星周圍傳遞著通訊數據，為使用國提供天氣、植物和人類活動的遙感數據。除此之外，為日常生活中的活動提供燃能量的很多微型技術，從計時到聽音樂，這些研究最初都是在太空競賽的驅動下完成的。
1971年，阿波羅15號的成員將紀念14位犧牲的美國和蘇聯太空人的紀念牌匾和「倒下的太空人」雕像留在了月球上。
阿波羅-聯盟小組：從左向右：迪克·斯雷頓、湯瑪斯·斯塔福德、文斯·布蘭德、阿列克謝·列昂諾夫、瓦列裏·庫巴索夫
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