雙子星計劃包括兩個測試飛船的不載人任務(wù)和十個驗證太空技術(shù)的載人任務(wù)

雙子座1號于1964年4月8日發(fā)射，在軌運行3d23h，圓滿完成其測試任務(wù)，由于沒有安裝隔熱系統(tǒng)，再入時燒毀。

雙子座2號于1965年1月19日發(fā)射進(jìn)入亞軌道，用于測試隔熱系統(tǒng)，任務(wù)持續(xù)18min16s。

雙子座3號于1965年3月23日發(fā)射，搭載約翰·楊和維吉爾·格里森，在軌4h52min31s，繞行3圈。

雙子座4號搭載詹姆斯·麥克迪維特和愛德·懷特于1965年6月3日入軌。在軌4d1h56min12s，期間懷特進(jìn)行了一次22分鐘的出艙活動。

雙子星5號搭載戈登·庫珀和彼得·康拉德于1965年8月21日發(fā)射。在軌7d22h55m14s，是當(dāng)時第一個持續(xù)時間超過一周的任務(wù)，繞行120圈，并第一次使用燃料電池用于發(fā)電，測試未來的交會飛行任務(wù)所需的制導(dǎo)和導(dǎo)航系統(tǒng)。

雙子星7號發(fā)射于1965年12月4日，把弗蘭克·博爾曼和吉姆·洛弗爾送入軌道，在軌13d18h35m1s。由于雙子座6號的對接目標(biāo)阿金納上面級發(fā)射失敗，雙子座7號作為交會的目標(biāo)來代替，主要目的是確定人類是否能在太空生活14天。

雙子星6A號發(fā)射于196512月15日，華爾特·舒拉和托馬斯·斯塔福德在軌1d1h51m24s。原名為雙子星6號，由于對接目標(biāo)阿金納上面級發(fā)射失敗，任務(wù)改變故改名為6A。

雙子星8號搭載尼爾·阿姆斯特朗和大衛(wèi)·斯科特于1966年3年16日入軌，并運行了10h41m26s。期間完成了第一次與另一飛行器對接——阿金納上面級。在對接時，一個雙子星飛船推進(jìn)器故障而導(dǎo)致的幾乎致命的旋轉(zhuǎn)。解除連接后，阿姆斯特朗最終克服了翻滾，船員進(jìn)行美國載人太空任務(wù)的第一個緊急降落。

雙子星9A號搭載托馬斯·斯坦福和金·塞爾南于1966年6月3日發(fā)射，在軌3d20m50s，繞行44圈。原計劃于五月發(fā)射，但由于阿金納目標(biāo)飛行器發(fā)射失敗被推遲，并更改任務(wù)目標(biāo)為與增強(qiáng)版目標(biāo)對接適配器對接。但是該適配器沒能與整流罩順利分離，最后進(jìn)行了兩個小時的艙外行走。

雙子星10號發(fā)射于1966年7月18日，搭載邁克爾·柯林斯和約翰·楊，在軌2d22h46m39s，繞行43圈。首次使用阿金納目標(biāo)飛行器推進(jìn)系統(tǒng)。飛船還與雙子座八世的阿赫納目標(biāo)飛行器會合?？铝炙褂贸雠撔凶?9分鐘，又用39分鐘從阿金納上取回實驗數(shù)據(jù)。

雙子星11號發(fā)射于1966年9月12日，在軌2d23h17m9s，繞地球44圈，搭載彼得·康拉德和理查德·戈登。使用阿金納目標(biāo)飛行器推進(jìn)系統(tǒng)達(dá)到1369km高度。戈登做了2h33min的出艙行走。

雙子星12號發(fā)射1966年12月15日，搭載巴茲·奧爾德林和吉姆·洛弗爾，在軌3d22h34m31s，繞行59圈。這是雙子座的最后一次飛行。在EVA期間，與阿金納目標(biāo)飛行器進(jìn)行了手動交會對接。奧爾德林創(chuàng)造了一次太空行走5小時30分鐘的EVA記錄，并展示了以前EVA問題的解決方案。