Eskadrze Myśliwskiej (Fighter Squadron 101) w bazie lotniczej Oceana w Wirginii.

W marcu 1973 odszedł z Marynarki Wojennej USA.

Kariera astronauty W 1959 próbował zostać członkiem pierwszej grupy amerykańskich astronautów NASA (NASA-1), zwanej „Mercury Seven”. Po selekcji ponad 500 pilotów, którzy odpowiedzieli na propozycję NASA Lovell został jednym z 32 finalistów. Ostatecznie jednak nie został wówczas wybrany. W 1962 miał więcej szczęścia – ponowił swoje zgłoszenie i 17 września znalazł się wśród dziewięciu pilotów, których wybrano do drugiej grupy astronautów amerykańskich ().

Opuścił korpus astronautów 1 marca 1973.

Program Gemini W czerwcu 1965 w ramach misji Gemini 4 był dublerem pilota, którym był Edward White. White podczas lotu opuścił kabinę statku kosmicznego i jako pierwszy Amerykanin odbył pierwszy spacer w otwartej przestrzeni kosmicznej.

1 lipca 1965 Lovell został wyznaczony do składu podstawowej załogi statku Gemini 7. Dowódcą misji był Frank Borman, a Lovell – pilotem. Lot zaplanowano na 14 dni. Astronauci, którzy wystartowali 4 grudnia 1965, mieli za zadanie – poza prowadzeniem eksperymentów naukowych – ustanowić również rekord długotrwałości przebywania człowieka w kosmosie.