1961年5月25日，即在加加林上天的第43天，肯尼迪在向国会的国情咨文报告中提出：“我们的国家应当在十年内达到将人送上月球并使其安全返回的目标。”美国朝野一直在寻求击败苏联的途径，肯尼迪正顺应这种社会心态，计划获议会全部赞同票的罕见的一致通过。这就保证了“阿波罗”得到了尔后历届美国政府的全力支持，作为国家的目标，调动了整个美国的国家资源和人力、财力的支持。
从此，“阿波罗”载人飞月计划轰轰烈烈地开展起来。它跨越20世纪50、60、70年代，前后11个春秋；历经艾森豪威尔、肯尼迪、约翰逊、尼克松4届总统；先后参与这项计划的公司达2万家；参加研制的大学120所；为其工作的人员达400万；总投资255亿美元。堪称当代典型的大科学高技术的大系统工程。
“阿波罗”工程是世界上一项辉煌的现代科学技术成果，对美国与世界的社会、经济、军事、政治都产生了重大影响。
其决策实施过程风险甚大，投资甚巨，周期甚长，影响甚广且远。
肯尼迪宣布（1961.5.25）60年代将完成“阿波罗”登月之时，尚无登月的初步方案，技术水平与登月要求相去甚远，运载火箭推力仅为170吨，与登月所需相距20—40倍，载人宇宙飞行操作方面仅只有15分钟的（“水星”）经验，所以实现登月在当时人们的头脑里想也不敢想。但肯尼迪却坚定地提出并限期在10年之内完成，任务维艰，时间紧迫，根本不允许“阿波罗”的研制工作按部就班地进行。为了争取时间，不得不在“阿波罗”总体计划的论证同时，进行工程砑制。
登月方案和运载火箭方案的论证。登月方案是“阿波罗”计划最根本的问题。宇航局非常重视登月方案的选择。
为实现登月，曾提出过很多方案。可归结为两类：直接上升和轨道对接。宇航局工程师约翰·C·勃鲁特提出“月球轨道交会法”用火箭将载三名宇航员的飞船送人月球轨道，在月球轨道飞行中，飞船分离出小登月舱作为月面的渡船，载两名宇航员在月球表面着陆，原飞船的母体——指令舱（载一名宇航员）
则留在轨道上飞行，等待与登月舱会合，登月舱待两名宇航员完成任务后从月面起飞，进入月球轨道，与指令舱会合，然后将登月舱抛弃，只剩下指令舱溅落。其优点是：（1）小登月舱仅十几吨重；（2）重量载运可以从70吨减至50吨；（3）返回时从起飞时的50吨至溅落时仅5.6吨，减轻了近90％，易于打捞。但此法，要在离地38万公里月球轨道会接，需要很精确的技术和飞行操作，故安全系数小且危险大。
两大类登月方案各有利弊，宇航局一时很难作出抉择。对登月方案这一最关键的问题，宇航局官员一直争论不下。
直升论者认为，尽管大推力运载火箭研制有一定技术难度，而这正好是克服“和苏联竞争是永久性的”美国空间落后实质是火箭推力的落后，主张重视发展长久的竞争力，且最安全可靠。
轨道论者强调美国应早早尽快登上月球，此方案正可避开所短，而扬长美国具有优越的控制跟踪技术，适当训练轨道对接操作，即可保证轨道操作的安全性。
宇航局为确定方案，通过相继三个专家组和一个与美国防部联合的委员会进行调查研究，在此基础上作出决策性的决定鉴于大推力火箭研制时间长难以在肯尼迪总统限期内实现，且费用高昂，达200亿美元，几乎相当“阿波罗”的全部费用；敲定月球轨道对接方案使飞船登陆方便可靠而更优越；认定“土星一5”火箭可胜任在对接方案承担登月飞行的任务。据此，确定“土星一5”火箭为“阿波罗”飞行的运载工具，轨道对接方案被肯定。然而采用地球轨道对接，还是采用月球轨道对接仍需进一步研究。
实际上，在1961年末宇航局已默认地球对接方案，直接上升方案选为替补方案，马歇尔研究中心支持这一主张，但载人飞船中心则支持月球对接方案。
比较上述两种对接方案在时问和花费方面有相等的可靠性。
基于着陆是“阿波罗”飞船最困难阶段，登月飞行本身要求着陆过程简单、安全，月球轨道对接的着陆方式明显优于地球轨道对接方案，且其经济性特佳；直接上升方案需106亿美元；地球轨道对接需92亿美元；月球对接仅需用5亿美元。
经过反复比较论证，宇航局确定月球轨道对接为最佳登月方案。1962年7月10日，宇航局局长韦伯正式批准此方案。韦伯指出：“我们为最早最安全地完成任务而研究各种可能性，考虑了各种登月方案的能力，最后我们发现，通过附加登月渡船，采用月球轨道会接，我们有一个绝好机会，用比较短的时间、较少的花费和相等的安全性就可以完成登月任务”。
“阿波罗”工程研制中的决策。“阿波罗”登月飞行研制的主要内容包括：飞船体系、“土星一5”运载火箭、地面发射设施、通信系统控制跟踪网与船上的环境系统、生命保障系统等各系统和实验仪器。
1960年7月，宇航局决定先对“阿波罗”飞船进行为期6个月的可行性研究。在63个获得研究资格的公司中挑选出3家公司，于1960年11月中旬授予了可行性研究合同后，随即开始各自的研究工作。
可行性研究初步研讨了人机系统、太空医学和控制跟踪等系统；初步确定，整个计划费用约253.8亿美元；设想整个飞船结构从下到上依次为登月舱、服务舱（飞船后勤供应）、指令舱（飞船主体、是唯一返回地面的部分）、发射脱险装置（返回地球再人大气层时烧毁），各个子系统和科学仪器分别设置在三个舱内，飞船总重约50吨左右。
飞船研制随即进入第二阶段，宇航局开始通过招标寻找研究的合同者。1961年7月底，宇航局空间任务组（即宇宙飞船中心）发出了指令服务舱的设计要求说明书，要求在11月9日提交招标设计方案。有5家宇航工业巨公司提交了招标方案。字航局招标评审委员会评审确定北美航空公司为“阿波罗”飞船指令服务舱研究的合同者。1961年12月，北美航空公司与宇航局签定了指令服务舱的技术合同，进入实质性定义阶段的研究。但此时，“阿波罗”登月方案及其他器件尚未最后确定。北美航空公司在尚未完成指令服务舱1组时，由于1962年7月登月方案已确定，1963年4月一11月指令服务舱1组就开始定义研究。工组和Ⅱ组分别于1964年5月和1965年3月通过检验，于1965年5月28日试验发射成功。
1962年确定月球轨道对接的登月方案后，宇航局选定格鲁曼飞机工程公司为登月舱的研制设计者。1963年1月14日签订研制合同。该公司主要承担登月舱外形结构的设计。根据登月特殊要求，它设计了形状奇特、结构复杂的昆虫式的登月舱。其子系统转交给其他公司负责。
登月舱子系统中，火箭发动机研制是最困难而又最为关键的问题。北美洛克达因公司研制的下降变速发动机是一项开创性的工作，是“阿波罗”计划中最为杰出的一项技术成果。下降发动机是一台可调节推力的发动机，调节范围为476—4535公斤。在如何实现减速，减小推力从而达到软着陆成功问题上，颇费了一番功夫。为实现减速节流（推进剂为液体）技术有两种观点，分别由洛克达因公司和空间技术实验室提出两种截然不同的技术，孰优孰劣不好定论。宇航局决定让这两家同时对两种技术进行深入研究。一年半之后，两种技术的研究都取得了突破性进展，且两种技术都达到设计技术要求。专门评定小组对两种技术进行比较研究，于1965年1月18日提交给宇航局一份研究报告。报告结论指出：“通过比较，我们认为空间实验室的技术容易控制和制造，稳定性能好，与洛克达因公司的技术相比较还有一个资源优势，且不会带来对燃烧剂的干扰……，同时为“双子星座”和‘阿波罗’计划中其他的姿态发动机奠定了技术基础。据此种种原因，推荐空间实验室的建议。”
登月舱研制突破了一个个技术难关之后，其全比例模型于1964年底通过检验验收。
“阿波罗”飞船的几个部分采取同时研制的策略，大大节省了时间。仅仅4年就完成了由几百万个部件构成的飞船复杂系统。研制花费79亿美元，占总计划的31.6％。此举为实现登月目标赢得了时间，争取了主动权。
宇航局确定“土星”号为“阿波罗”工程的运载火箭，冯·布劳恩所在的马歇尔宇宙飞行中心负责火箭总体设计。发展了“土星”系列火箭“土星一5”号用于“阿波罗”飞船载人登月飞行。
其总功率约合2亿马力，相当于50万辆卡车的总功率，可将127吨重的卫星射入地球轨道，将50吨重的飞船送入月球轨道，研制花费96亿美元，占总计划的38.4％。它是目前美国最大的运载火箭由300多万个零部件构成，高为85.69米，直径10米，起飞重量2892.8吨，有8000多个公司参加研制。
宇航局出新招破常规，克服装配棘手难题。“阿波罗”飞船和“土星一5”火箭的体积庞大，结构非常复杂，最后装配成了一个很棘手的问题。若按常规在发射场进行，那发射台结构会异常庞大而复杂，准备时间势必大大拖长。宇航局为此打破常规，在肯尼迪宇航中心专门建造了装配大楼。在那里装配检查好后，再用巨型履带运输车通过一条特设双滑道将此庞然大物运到发射场。此举大大地缩短了发射前的准备时间，原先各次飞行都需花数月之久，而现仅需13天左右。装配好的“土星一阿波罗”飞船在发射时，高约130米，总重约9000吨。这就再一次为“阿波罗”登月飞行赢得了宝贵光阴。
从1968年2月26日一1969年5月，共进行试验飞行11次，即“阿波罗一1”号到“阿波罗一10”号，其中6次不载人，5次载人（1次失败）。登月条件基本成熟。
“阿波罗”登月飞行自1969年7月16日开始至1972年12月19日结束。完成了“阿波罗一11”至“阿波罗一17”号的七次飞行，其中“阿波罗一13”号飞行失败。7次登月，参加的宇航员共21人，登上月球者12人。
（二）“阿波罗”决策给予的启迪
“阿波罗”登月飞行作为现代大科学高技术活动的大系统工程，给予的经验是多方面的。在此剖析如下两点，似更令人深思。
其一，“阿波罗”是典型的大科学高技术的大系统工程。它得到连续四任美国总统和政府的全力支持，几乎动用了整个美国的国家资源和人力、财力，这是保证其成功的重要因素。没有国家支持，如此浩大又如此长期的大工程，是难以想象的。在现代社会条件下，科技活动，尤其是大科学高科技，越来越紧密地与国家政治相结合。这正是现代化社会大科技活动的一大特点，即科技活动的国家政治化。像日本的“科技立国”，美国20世纪80年代的“星球大战”，欧共体的“尤里卡”，莫不如是。“阿波罗”登月经验表明，只要政府始终如一地大力支持，国家长期重视，大科技活动是可以实现其目标的。反之，一个论证过的项目，今天上马，明天又宣布下马，必将一事无成，且造成一种巨大代价的浪费（机遇丧失，时问耗逝，人力物力财力的糟踏，科技活动连续性断裂）。
其二，“阿波罗”技术成果向社会转移率很高，社会经济效益比为1：14。高效益的最主要原因就是美国政府和宇航局十分重视技术成果向社会民用转移问题，且把它归入法制轨道，早在1958年制定《空间法》就明确规定了航空航天局有义务将研究成果向社会转移。在“阿波罗”计划制定的同时，宇航局就制定出“技术推广应用计划”。这就保证着研制的高技术成果顺利地向社会性转移，及时产生社会经济效益，形成良好循环机制。目前，我国技术成果转移率很低，结合国内现实，可以借鉴。