Después de que Johnson se convirtiera en presidente en 1963, su apoyo continuado permitió el éxito del programa Apolo. Kennedy y Johnsonconsiguieron cambiar la opinión pública: en 1965, el 75% de los estadounidenses apoyaban el programa Apolo, en contraste con el 62% de 1963.

La URSS mostró una mayor ambivalencia sobre el envío de misiones tripuladas a la Luna. El líder soviético Nikita Jrushchov no quería ni ser vencido por otra potencia, pero tampoco asumir los gastos de un proyecto tan costoso.^{[cita requerida]} En octubre de 1963, afirmó que la Unión Soviética «no planeaba en la actualidad ningún vuelo de cosmonautas a la Luna», al tiempo que añadía que no habían abandonado la carrera.^{[cita requerida]} Un año después, la URSS se comprometió a intentar dos alunizajes, el primero sin tripulación y el segundo con ella.

Kennedy propuso programas conjuntos, como el alunizaje de astronautas de ambos países y la mejora de los satélites meteorológicos.

Jrushchov lo percibió como un intento de robar la tecnología espacial soviética, por lo que rechazó sus propuestas.

Serguéi Koroliov, homólogo soviético de Wernher von Braun, fue el ingeniero jefe que diseñó el cohete R-7 con el objetivo de enviar cosmonautas a la Luna.

Koroliov aseveraba que las naves Soyuz y el lanzador N-1podían alunizar con tripulación.

Jrushchov ordenó a la oficina de diseño de Koroliov que consiguiera nuevos hitos modificando la tecnología existente del programa Vostok, mientras que un segundo equipo empezó a construir el cohete Protón y la sonda Zond, completamente nuevos, con el objetivo de realizar un vuelo sublunar tripulado en 1966. En 1964, la nueva cúpula soviética le dio a Koroliov el respaldo para el proyecto de alunizaje tripulado y pusieron el resto de proyectos tripulados bajo su mando.

En el año 1967, con la muerte de Koroliov y el fracaso del primer vuelo de la Soyuz, la coordinación del programa de alunizaje soviético se deshizo rápidamente. Los soviéticos construyeron un módulo de alunizaje y seleccionaron cosmonautas para la misión que habría de colocar a Alexei Leonov sobre la superficie lunar. Sin embargo, con los sucesivos fracasos de lanzamiento del cohete N-1 en 1969, los planes para el alunizaje tripulado sufrieron sucesivos retrasos que llevaron a su cancelación

Aunque las sondas sin tripular soviéticas llegaron a la Luna antes que cualquier nave de Estados Unidos. No obstante, el 20 de julio de 1969, el estadounidense Neil Armstrong se convirtió en la primera persona en caminar sobre la superficie lunar, tras haber alunizado el día anterior.

Como comandante de la misión Apolo 11, Armstrong recibió apoyo del piloto del módulo de comando Michael Collins y del piloto del módulo lunar Buzz Aldrin, en un evento presenciado por 700 millones de personas en todo el mundo.

Los cronistas sociales reconocen ampliamente este alunizaje como uno de los momentos más relevantes del siglo xx y las palabras de Armstrong al poner el primer pie sobre la superficie de la Luna se han hecho igualmente memorables.

A diferencia de otras rivalidades internacionales, la carrera espacial no estaba motivada por el deseo de expansión territorial. Tras sus exitosos aterrizajes en la Luna, Estados Unidos renunció explícitamente al derecho de propiedad de cualquier parte de la Luna.

En 1970, la sonda soviética Lunojod 1 logró posarse sobre la Luna. Su finalidad principal era investigar el suelo lunar. La energía de la sonda provenía de un panel solar durante el día lunar que almacenaba energía para la noche lunar, durante la cual se ayudaba de un reactor nuclear incorporado al vehículo.

Lunojod 1 se controlaba desde la Tierra y el mayor problema al que se enfrentaba el controlador era el retardo de la señal, con un refresco de la imagen cada 5 segundos.

La URSS incorporaría algunas mejoras al Lunojod 1 y mandaría una nueva versión en 1973, la sonda Lunojod 2.