Летом перед запуском Армстронг и Андерс помогали членам основного экипажа Питу Конраду и Дику Гордону отрабатывать методику выполнения всех этапов полета Gemini XI. Большую часть этого времени четверо мужчин провели вместе в пляжном коттедже на мысе Кеннеди. Нил описывал это так: «Мы шли на пляж и разрабатывали там траектории полета и процедуры сближения космических кораблей, рисуя схемы на песке и расхаживая вокруг них, по сути, следуя этапам процедуры и прорабатывая сложные моменты, которые мы не вполне понимали. Это была очень расслабляющая, но полезная деятельность. Иногда мы просили повара из общежития астронавтов собрать для нас припасы для ленча на пикнике – мы брали эти продукты с собой и проводили на берегу многие часы, когда нас никто не тревожил телефонными звонками и мы могли по-настоящему сосредоточиться на чем-нибудь».
Старт Gemini XI состоялся 12 сентября 1966 года. Новый метод сближения оказался успешным. Этот космический корабль побил мировой рекорд высоты полета в 764 км, установленный за два месяца до того Джоном Янгом и Коллинзом на Gemini X, когда в апогее орбиты поднялся примерно до 1368 км. Упражнение с тросом несколько раз заставило всех понервничать. Попытка Дика Гордона присоединить трос, ведущий от Gemini, к ступени Agena во время его первого выхода в космос превратилась в выступление тяжелоатлета. Почти ослепнув от пота, Гордон сидел верхом на носу космического корабля, пытаясь прицепить конец троса к ракетному блоку, с которым они состыковались. Конрад приказал Дику возвращаться уже после тридцати минут выхода вместо запланированных ста семи – настолько усталым выглядел Гордон. Даже извлечение тридцатиметрового троса из контейнера для его хранения оказалось трудным делом, потому что дакроновый шнур цеплялся за участок липучки-Velcro. Когда сцепку удалось выполнить, трос начал немыслимым образом вращаться, иной раз вызывая такие сильные колебания корабля, что Конраду приходилось стабилизировать его двигателями. После трех часов полета на корабле, стреноженном ступенью Agena на тросу, Конрад и Гордон с удовольствием положили конец сомнительному эксперименту, отстрелив стыковочную штангу. В экспедиции Gemini XII Баз Олдрин и Джим Ловелл успешно завершили эксперимент с тросом и доказали, что градиент поля силы тяжести между двумя космическими аппаратами, связанными тросом и находящимися на немного различных высотах, позволяет удерживать их взаимное расположение без затрат топлива.
Нил следил за полетом Gemini XI с поста кэпкома в Центре управления полетом в Хьюстоне. Когда 15 сентября полет его товарищей завершился и он справился с оставшимися обязанностями во время итоговых обсуждений и представления отчетов по нему, обязанности Нила, связанные с программой Gemini, подошли к концу.
Был еще один полет Gemini – Gemini XII, который продолжался с 11 по 15 ноября 1966 года. Командир Джим Ловелл и пилот Баз Олдрин выполнили безупречное сближение и стыковку на протяжении пятидесяти девяти витков вокруг планеты. Самым значительным достижением экспедиции была очень успешная пятичасовая работа Олдрина в открытом космосе.
Большая часть историков космонавтики едина во мнении, что Gemini оказался жизненно необходимым мостом между Mercury и Apollo. И в самом деле, все поставленные перед проектом Gemini задачи были выполнены, а именно: демонстрация возможности встречи и стыковки с другим космическим аппаратом-целью; демонстрация пригодности пилотируемого космического корабля к научным и технологическим экспериментам; успехи астронавтов по работе в открытом космосе; использование спутника с двигательной установкой и топливом как маршевой и вспомогательной двигательной установки для состыкованного с ним космического корабля; долговременные полеты, показавшие отсутствие чрезмерно негативных эффектов со стороны здоровья астронавтов; и, наконец, точное приземление космических кораблей. В ходе реализации программы Gemini были достигнуты такие рекорды, как самый длительный пилотируемый полет (330 часов и 35 минут), самая большая высота полета (около 1370 км), самая большая продолжительность внекорабельной деятельности одного астронавта (5 часов 28 минут как суммарная продолжительность трех отдельных выходов Олдрина в открытый космос в ходе Gemini XII). К тому моменту, когда Ловелл и Олдрин вернулись в земную атмосферу, завершая полет Gemini XII и всю данную программу, общее время, проведенное в космосе американскими пилотируемыми космическими кораблями, достигло 1993 часов.
К досаде Нила Армстронга, вклад в это число от досрочно прекращенного полета его Gemini VIII был всего лишь каких-то десять часов.