อาร์มสตรองเป็นผู้บัญชาการยานอวกาศอพอลโล 11 ซึ่งลงจอดยังดวงจันทร์ในวันที่ 20 ก.ค.2512 โดยส่งสัญญาณวิทยุกลับมายังโลกถึงข่าว "ก้าวเล็กๆ ของมนุษย์คนหนึ่ง คือก้าวที่ยิ่งใหญ่ของมนุษยชาติ" (That′s one small step for man, one giant leap for mankind) ขณะที่ตนเองพร้อมกับเอดวิน บัซซ์ อัลดริน นักบินอวกาศร่วมชาติ ลงไปเดินบนพื้นผิวดวงจันทร์ เป็นเวลา 3 ชั่วโมง เพื่อเก็บตัวอย่าง ทำการทดลองต่างๆ และถ่ายรูป ถือเป็นภารกิจที่กู้หน้าให้สหรัฐในช่วงสงครามเย็น ซึ่งแข่งขันกับสหภาพโซเวียต โดยในปี 2500 โซเวียตส่งดาวเทียมสปุตนิกขึ้นไปในอวกาศได้ก่อน กระทั่งสหรัฐส่งมนุษย์ลงไปเหยียบดวงจันทร์ได้ในปี 2512 และจากนั้นถึงปี 2515 มีนักบินอเมริกันลงไปเดินบนดวงจันทร์ รวม 12 คน
