Der Flug von Apollo 10 im Mai 1969 war sozusagen die Generalprobe für die Mondlandung von Apollo 11, zwei Monate später. Die drei Astronauten Thomas Stafford, John Young und Eugene Cernan landeten noch nicht auf dem Mond, aber sie führten in einer Umlaufbahn um den Mond alle Manöver durch, die für die Mondlandung erforderlich sein würden, mit Ausnahme der Landung selbst. Grundsätzlich wäre bei Apollo 10 eine Landung auf dem Mond bereits möglich gewesen, sicherheitshalber wurde aber bei diesem Flug noch darauf verzichtet.
Apollo 10 startete am 18. Mai 1969 um 16:49 UTC mit einer Saturn V-Rakete vom Kennedy Space Center in Florida, USA. Wie bei Apollo 8 wurde das Raumschiff zuerst in eine Erdumlaufbahn gebracht. Nach 2 Erdumkreisungen wurde die dritte Stufe der Saturn V ein zweites Mal gezündet und brachte Apollo 10 auf den Weg zum Mond. Wie bei Apollo 9 erfolgreich geprobt, trennte sich das Raumschiff dann zuerst von der Raketenstufe, wendete, dockte an die noch in der Stufe verstaute Mondfähre an und zog sie heraus. Das Manöver gelang reibungslos und wurde live im Fernsehen übertragen. Drei Tage darauf erreichte Apollo 10 den Mond und manövrierte in eine 110 km hohe Umlaufbahn, wie Apollo 8 im Jahr zuvor.
In der Mondumlaufbahn wurden dann alle Manöver so durchgeführt, wie sie für eine reale Landung notwendig sein würden. Eugene Cernan und Thomas Stafford stiegen von der Kommandokapsel in die Mondfähre um und trennten sie vom Raumschiff. Sie zündeten das Triebwerk der Abstiegsstufe und brachten die Fähre auf eine niedrigere Umlaufbahn, die sich der Mondoberfläche bis auf etwa 15 km annäherte. Dann sprengten sie die Abstiegsstufe der Mondfähre ab und zündeten das Triebwerk der Aufstiegsstufe, um zum Apollo-Raumschiff zurückzukehren. Das gesamte Manöver wurde live im Fernsehen übertragen. Es gab später Kritik an der NASA, weil die Astronauten einige Kraftausdrücke gebrauchten, als das Triebwerk nicht sofort zündete. Das Kopplungsmanöver mit dem Apollo-Raumschiff gelang dagegen reibungslos und die beiden Astronauten kehrten in die Kommandokapsel zurück.
Anschließend wurde die Mondfähre abgekoppelt und das Haupttriebwerk des Apollo-Raumschiffs gezündet, um es zurück auf den Weg zur Erde zu bringen.
Am 26. Mai 1969 trat die Kommandokapsel von Apollo 10 in die Erdatmosphäre ein, nachdem der Versorgungsteil abgeworfen worden war. Die Kapsel bewegte sich beim Wiedereintritt mit über 39.800 km/h, das ist bis heute die höchste Geschwindigkeit, die Menschen je erreicht haben. Um 16:52 UTC wasserte Apollo 10 im Pazifik und wurde vom Flugzeugträger USS Princeton geborgen.
Die Kommandokapsel von Apollo 10, das einzige erhaltene Teil der Apollo 10-Mission, kann heute im Science Museum in London besichtigt werden. Alle anderen Teile sind in der Erdatmosphäre verglüht, mit Ausnahme der 3. Raketenstufe und der Aufstiegsstufe der Mondfähre, die sich beide noch immer in einem Orbit um die Sonne befinden, sowie der Abstiegsstufe der Mondfähre, die einige Monate später auf dem Mond abgestürzt ist.
Alle Details zum Flug von Apollo 10 finden sich hier im Apollo 10-Flugjournal der NASA.