Podniesienie orbity nie powiodło się z powodu awarii silników pojazdu-celu. mały|275px|Agena Target Vehicle
Start Lot Gemini 12 rozpoczął się 11 listopada 1966 roku o godzinie 20:46:33 UTC. Półtorej godziny wcześniej, o 19:07:58,588 UTC), wystartował bezzałogowy moduł Gemini Agena Test Vehicle (GATV 5001), stanowiący cel dokowania dla statku załogowego.
Przebieg misji Astronauci wykonali 59 okrążeń Ziemi w ciągu ponad 94 godzin. Perygeum orbity znajdowało się na wysokości 161 km (po zmianie orbity 296 km), apogeum 281 km (po zmianie orbity 296 km).
Po czterech godzinach od startu Lovell i Aldrin połączyli się z GATV. Po kilku godzinach uruchomili jej silnik, przenosząc się na wyższą orbitę. Użyto do tego zapasowego systemu napędowego GATV, gdyż w trakcie startu odnotowano chwilowy, ale znaczny (30 psi) skok ciśnienia w głównej komorze spalania. thumb|200px|right|Zaćmienie Słońce obserwowane z pokładu Gemini XII Następnie wykonano dwa manewry silnikami GATV, aby móc obserwować 12 listopada ok. godz. 13:20 UTC całkowite zaćmienie Słońca nad Ameryką Południową.