Корабль “Джемини-7” с астронавтами Фрэнком Борманом и Джеймсом Ловеллом на борту стартовал 4 декабря 1965 года. 15 декабря 1965 года “Джемини-6” с Уолтером Ширрой и Томасом Стаффордом тоже вышел на орбиту. Через шесть часов после старта два корабля сблизились до нескольких десятков метров, а потом до 25-30 сантиметров. 16 декабря 1965 года успешно вернулся на Землю “Джемини-6”, а 18 декабря 1965 года – “Джемини-7”, завершив рекордный 14-суточный полет, имитирующий по длительности экспедицию на Луну.
16 марта 1966 года на орбиту отправился корабль “Джемини-8” с астронавтами Нейлом Армстронгом и Дэвидом Скоттом. На четвертом витке Нейл Армстронг состыковал “Джемини-8” с ракетой-мишенью “Аджена”, запущенной в космос за полтора часа до старта “Джемини-8”. Это была первая в истории космонавтики стыковка двух космических аппаратов. Но через 30 минут после успешной стыковки связка “ракета-мишень” начала кувыркаться. Попытки взять ситуацию под контроль успехом не увенчались. Армстронг принял решение на расстыковку, и Скотт расстыковал аппараты. Но “Джемини-8” завертелся с бешеной скоростью. Армстронгу удалось стабилизировать корабль. “Джемини-8” совершил аварийную посадку в Тихом океане через 10 часов 41 минуту после старта с Земли.
В ходе полета космического корабля “Джемини-9”, в составе экипажа которого были Томас Стаффорд и Юджин Сернан, планировалось осуществить стыковку со спутником-мишенью ATDA. После выхода мишени на орбиту выяснилось, что головной обтекатель от нее не отделился, а лишь частично раскрылся. Стыковка стала невозможной. Тем не менее, “Джемини-9” стартовал на орбиту. 5 июня 1966 года состоялся выход в открытый космос Юджина Сернана. Для работы в открытом космосе впервые было испытано “летающее кресло” AMU. 6 июня корабль приводнился в Атлантическом океане.