7 – 19 grudnia 1972 – uczestniczył w locie statku kosmicznego Apollo 17. 9 lutego 1973 – został wyznaczony na pilota modułu dowodzenia w załodze rezerwowej misji Apollo-ASTP (Apollo-Soyuz Test Project) w ramach amerykańsko-radzieckiego programu Sojuz-Apollo. Lot obu statków odbył się w lipcu 1975. 1975–1977 – pracował w Biurze Astronautów NASA i brał udział w pracach nad programem Space Transportation System (STS). 17 marca 1977 – opuścił korpus astronautów NASA.

Apollo 17 7 grudnia 1972 statek kosmiczny Apollo 17 wystartował do ostatniej misji księżycowej w ramach programu Apollo. Dowódcą misji był Eugene Cernan, pilotem modułu księżycowego „Challenger” – Harrison Schmitt, a sam Evans – pilotem modułu dowodzenia „America”. 10 grudnia 1972 roku astronauci osiągnęli orbitę Księżyca. Dzień później, 11 grudnia Cernan i Schmitt wylądowali w rejonie gór Taurus i .

Po raz pierwszy w wyprawie na Srebrny Glob wziął udział astronauta, będący z wykształcenia geologiem – Harrison Schmitt. Włączono go do załogi, kiedy było już wiadomo, że lot Apollo 17 będzie ostatnią misją księżycową.