Roosevelt”. 1965 – przeszedł kurs w szkole wojskowych pilotów doświadczalnych (Air Force Aerospace Research Pilot School) w bazie Edwards w Kalifornii. 1966–1985 – był astronautą NASA. 1990 – przeszedł do rezerwy w stopniu kontradmirała.
Jako pilot wylatał 7200 godzin, z czego 5000 na samolotach z napędem odrzutowym.
Kariera astronauty 4 kwietnia – 1966 dostał się do piątej grupy astronautów NASA (). 1968–1969 – podczas lotów Apollo 8 i Apollo 11 był członkiem naziemnych załóg wspomagających. Brał udział w testowaniu skafandra księżycowego oraz plecaka EMU (Extravehicular Mobility Unit) zawierającego system podtrzymujący życie. Kwiecień 1970 – został wyznaczony do podstawowej załogi misji Apollo 13. Na 72 godziny przed startem zastąpił go John Swigert. Przyczyną takiego kroku był fakt, że Mattingly miał kontakt z osobą chorą na różyczkę i istniało prawdopodobieństwo, że podczas lotu może poważnie zachorować. Przeważyły tu względy bezpieczeństwa, gdyż – jak się później okazało – astronautę ominęła ta choroba. 16–27 kwietnia 1972 – uczestniczył w wyprawie Apollo 16. 1973–1978 – kierował przygotowaniami do programu Space Shuttle w Biurze Astronautów NASA. 1978–1979 – był asystentem technicznym (ds. testów lotniczych) kierownika programu (Orbital Flight Test Program).