A misión orixinal (Gemini 9) debería ter sido lanzada o 17 de maio, pero o lanzamento do vehículo non tripulado que debería servir como obxectivo para a misión fallou, co que a data para o lanzamento se pospuxo. Finalmente, a misión, denominada agora Gemini 9A, foi lanzada o 3 de xuño de 1966 ás 13:39:33,335 UTC (8:39:33 EST) desde o Complexo 19 de Cabo Cañaveral e inserida nunha órbita inicial de 158,8km de perixeo e 266,9km de apoxeo. Tras tres órbitas a cápsula encontrouse co ATDA (Augmented Target Docking Adapter), que por un problema mecánico aínda tiña a cofia acoplada, impedindo o atraque da Gemini 9A. Os plans da misión cambiaron para, en lugar do acoplamento, facer exercicios de cita espacial co ATDA. O primeiro exercicio, sen radar e unicamente mediante navegación óptica, finalizou ás 15:15. O segundo simulou a cita dun futuro módulo de mando Apolo cun hipotético módulo lunar tras a cancelación da aluaxe, e foi completada ás 6:21 do 4 de xuño. A Gemini 9A separouse definitivamente do ATDA ás 7:38, e o paseo espacial planeado para ese día foi posposto debido ó cansazo da tripulación. O 5 de xuño ás 10:02 EST, a cabina foi despresurizada como preparación para o paseo espacial. Cernan saíu ás 19:19, atado por un umbilical de 8 metros de longo que lle proporcionaba osíxeno.
O ATDA visto desde a Gemini 9A. Nótese a cofia sen exectar nun dos extremos.
Unha vez fóra, recolleu o detector de micrometeoritos situado nun lateral da cápsula e moveuse arredor da mesma, informando de dificultades para moverse e orientarse. Cernan sacou fotos da cápsula Gemini flotando desde o extremo do umbilical. Logo regresou ata a parte posterior da cápsula, onde se atopaba a Astronaut Maneuvering Unit (AMU), un sistema de manobra para astronautas durante paseos espaciais e que debía probar. O exercicio consistía en desconectarse da subministración de osíxeno do umbilical para poñerse a AMU (aínda que seguiría unido á cápsula por un cable) e usar a súa reserva de osíxeno e afastarse 45 metros da cápsula. A tarefa de poñerse a AMU durou máis do previsto e requiriu un esforzo adicional por parte de Cernan, sobrecargando o seu sistema de soporte vital e embazando o seu visor, o que limitaba a súa visión. Ademais atopouse que a radio da AMU tiña problemas, co que Stafford ordenou a Cernan que volvese á cabina da cápsula, finalizando o paseo espacial ás 12:10, que cunha duración de 2 horas e 8 minutos foi o paseo máis longo ata o momento.
Os retrofoguetes foron acendidos na órbita número 45, ás 8:26:17 EST do día 6 de xuño. A cápsula amarou ás 9:00:23 EST no océano Atlántico occidental, a 0,7km do punto planeado e a 27,87° N e 75,00° O. O tempo total de misión foi de 72 horas, 20 minutos e 50 segundos. A tripulación foi recollida polo U.S.S. Wasp ás 9:52 EST.[1][2]
.jpg)
