На 18 май 1969 година астронавтите Томас Стафорд, Джон Йънг и Юджийн Сърнан излитат към Луната с мисията Аполо 10. Това е генералната репетиция за кацането на естествения спътник на Земята. Мисията е една от най-сложните, осъществени в цялата програма Аполо, като двама от астронавтите се приближават с лунния модул на 14 километра от повърхността на Луната.
НАСА цели почти пълна симулация на кацането на Луната, за да се изчистят всички възможни варианти за неуспех, защото това би било краят на космическата надпревара между САЩ и бившия СССР. На мисията Аполо 10 е осъществено и първото цветно телевизионно предаване от Космоса.
Основната цел на мисията е изпробване на лунния модул със самостоятелен полет и преминаване на режим за кацане и излитане от орбита, завръщане и скачване с командния модул. Това е единственият път, когато степента за излитане на лунния модул е отделена по време на полет, а не при старт от лунната повърхност. За тази толкова важна мисия НАСА подготвя два изключителни екипажа (основен и дублиращ), съставени от опитни астронавти.
На 21 май 1969 година корабът влиза в орбита около Луната. На 22 май е извършен най-сложният експеримент на този полет. Астронавтите Стафорд и Сърнън преминават в лунния модул, а Йънг остава в командния. Те включват двигателя му и започват самостоятелни обиколки около Луната, като се приближават на 14,3 км от повърхността й. НАСА се застрахова от евентуални опити на астронавтите все пак да пробват кацане, като са заредили по-малко гориво в лунния модул, което няма да е достатъчно при опит за излитане от Луната.
По време на тези маневри лунният модул започва силно да се върти около оста си, но те успяват да коригират траекторията му. След това се отделят от степента за приземяване от лунния модул и се скачват отново с Аполо 10 на 23 май. На следващия ден екипажа пуска основния двигател и корабът излиза от орбитата на Луната, където е престоял общо 61 часа и 35 минути.
На 26 май 1969 г. Аполо 10 се приводнява успешно в Тихия океан в района на остров Самоа на само на 2.4 км от разчетната точка.
Въпреки големия успех на тази мисия, тя остава в сянката на следващите успешни кацания на Луната и на драматичния полет на Аполо 13.
