Podczas startu Saturn 1B spisał się bez zarzutu. Już po dziesięciu minutach drugi człon rakiety (S-IVB) z ładunkiem wszedł na orbitę okołoziemską. Po dalszych 45 minutach lotu od członu S-IVB oddzielił się lądownik LM. Po dwóch kolejnych okrążeniach Ziemi odpalono silnik członu zniżania, ale pracował on jedynie przez cztery sekundy zamiast zaplanowanych 39. Jego pracę wstrzymał komputer pokładowy z powodu błędu w oprogramowaniu – program uznał, że statek rozpędza się zbyt wolno i wyłączył silnik. Aby zrealizować podstawowe cele misji zastosowano plan alternatywny. Zdalnie wyłączono komputer pokładowy i na komendy przesłane z Ziemi przeprowadzono serię odpaleń silnika członu zniżania, a następnie na 60 sekund uruchomiono silnik członu wznoszenia, co spowodowało oddzielenie się i oddalenie tego członu. Kolejne, kilkuminutowe uruchomienie silnika członu wznoszenia sprawiło, że samodzielnie osiągnął on orbitę o wysokości 172 × 961 km.
Misja Apollo 5 zakończyła się 23 stycznia 1968.