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五、雙子星七號
任務編號GT-07的雙子星七號(Gemini-VII)早雙子星六號一週升空，組員是指揮官法蘭克‧波曼(Frank Borman)及飛行員詹姆士‧羅威爾(James A. Lovell)。1965年12月4日14:30在LC-19發射，進入高度327公里的軌道。
雙子星七號是一個兩週內須作出不同醫學實驗的升空計劃。在這此14天的太空任務NASA要解決長時間在太空飛行所遇到的問題，細微至裝載量（其實在升空前，NASA已訓練組員將廢紙「塞進」太空艙的椅背）亦列入考慮的範圍；太空人同時紀錄自己每一天的行程，務求與地面另一批待命的太空人工作與睡眠時間一致。而雙子星七號進行約20項的實驗，其中包括於太空艙內的營養均衡。而太空人並測試一款全新設計、體積輕巧的太空衣，測試結果發現若於酷熱及狹窄的太空艙內長時間穿著會十分不舒服。與雙子星六號會合，更是此項任務的高潮。不過在往後的三天就不好過，兩位太空人接受一項耐力測試，幸好他倆有接受雙子星五號組員康納的意見，帶了不少書籍解悶，不然在這狹小的密閉空間可是會受不了的。
雙子星七號是美國有史以來飛行時間最長的升空計劃，在軌道上飛行達13天又18小時35分1秒，繞行地球飛行達206次，於12月18日返回地球。這項紀錄直至1970年代的太空實驗室計劃(Project Skylab)才被打破。
六、雙子星八號
雙子星八號(Gemini-VIII)在1966年3月16日11:41升空執行GT-08任務，這次任務的組員是指揮官尼爾‧阿姆斯壯(Neil A. Armstrong)及飛行員大衛‧史考特(David R. Scott)。當太空艙到達298.7公里高的軌道，阿姆斯壯將太空艙駛近至預先發射的雙子星泊接載具(GATV-5003)的0.9144公尺範圍內，正減速並緩慢的進行泊接動作。這次任務另一要求是在太空艙發射升空後六小時內完成首次泊接。
但是接著發生美國載人太空飛行史上，令人詫異的狀況。雙子星八號在兩者泊接後卻開始不斷的旋轉，這是太空人在模擬訓練中從未面對過的情形。在組員無計可施之下，只好將太空艙脫離8,097公斤重的雙子星泊接載具。造成旋轉的來源是艙外一具出問題的旋轉控制系統(Rotation Control System)，所以使太空艙翻滾得更快，達到每秒一轉的自轉速率，這使得艙內兩名組員頭暈目眩。若要艙體停止轉動，唯一方法是將太空艙重返。因此組員必須縮短這次任務，因此發射升空後繞行第七圈的時緊急撤回地球。組員降落海面後仍然嘔吐不止，同時倍感失望，因為史考特錯失了原訂進行的太空漫步。該次任務時間為10小時41分26秒。
七、雙子星九號
自從四個月前雙子星九號(Gemini-IX-A)任務的正選組員艾洛特‧西爾(Elliot M. See)和查爾斯‧巴瑟(Charles A. Bassett)，在飛行訓練任務的意外中相繼殉職後，曾在雙子星六號任務中擔任飛行員的史達福，於是以後備組員身份接替成為這次任務的指揮官，飛行員是尤金‧西蒙(Eugene A. Cernan)。史達福和西蒙成為首次以後備組員身份，在1966年6月3日08:39乘雙子星九號太空艙升空執行GT-09任務的太空人。
在軌道高度311.5公里之處，太空艙原是要與名為目標擴大接合器(ATDA, Augmented Target Docking Adapter)的無人駕駛太空艙會合，但會合因任務內容臨時調整而取消。而西蒙原先亦要測試美國空軍研製的兩款太空人移動單元(AMU, Astronaut Maneuvering Unit)，這系統分為外置噴射式與背包式的兩種，皆放置在雙子星泊接載具(GATV-5004)內。可惜西蒙在為時2小時7分鐘的艙外活動(EVA)時，出現活動困難的狀況，故只好放棄測試這兩種新式系統。這次任務執行時間為3天又20分50秒，繞行地球45次。七年後NASA在進行太空實驗室計劃時，再度展開對艙外移動單元(Manned Maneuvering Unit, MMU)的研發。
八、雙子星十號
編號GT-10的任務為雙子星十號(Gemini-X)，由曾在雙子星三號任飛行員的楊格為此次任務的指揮官，麥可‧柯林斯(Michael Collins)為飛行員。雙子星十號在1966年7月18日17:20升空，與預先停在較低軌道的火箭推進器(TLV-5305)相接後，再度爬升至482.8032公里高度，到達在前次雙子星八號預備會合的雙子星泊接載具(GATV)附近，完成首次在單一飛行任務中與不同火箭的二次會合。
在飛行過程中曾達到753.3公里高度的高軌道，亦證實高軌道位置的宇宙射線，並未對艙內的太空人構成危險。由於泊接載具沒有電力及雷達，這次泊接全憑太空人以目視飛航(VFR, Visual Flight Rule)完成。泊接後柯林斯出艙進行艙外活動（就是俗稱的太空漫步），在15.24公尺長的聯繫繩盡頭柯林斯成為首位在軌道上，直奔另一艘太空艙的太空人。柯林斯從泊接載具邊旁取回收集宇宙塵的屏板，由於忙於保持繩索不致纏繞雙子星太空艙和泊接載具，不小心讓帶來的照機意外的漂流在軌道中，以致沒拍下這次艙外活動的珍貴照片。任務執行時間為2天又22小時46分39秒，繞行地球43次。
九、雙子星十一號
在雙子星五號擔任飛行員的康納，在1966年9月12日09:42升空編號為GT-11的雙子星十一號(Gemini-XI)任務中擔任指揮官，飛行員是理察‧戈登(Richard F. Gordon)。隨著準備進行登月的阿波羅計劃(Project Apollo)逐漸明朗，雙子星計劃的總執行者華特‧勃克(Walter F. Burke)希望太空艙進入軌道後能立即完成會合程序。
當雙子星十一號發射升空後85公鐘即成功的進入軌道與雙子星泊接載具會合，並進行多次泊接測試。康納原本希望這艘太空艙可環繞月球飛行，但結果卻創下美國載人太空艙飛行的最高紀錄，離地面達1367.94公里。這次的飛行任務繞行地球44次，任務時間為2天又23小時17分8秒。並首次測試以全自動化及電腦操控的重返程序，組員在9月15日將太空艙降落至距美國海軍打撈船古安號(USS Guam)只有4.506公里之處。
十、雙子星十二號
雙子星計劃在結束前的最後一次任務由雙子星十二號(Gemini-XII)擔綱，組員是曾為雙子星七號飛行員的羅威爾，為這次GT-12任務的指揮官，太空艙操控由愛德恩‧艾德林(Edwin E. Aldrin)負責，於1966年11月11日15:46升空。
這次是阿波羅登月計劃實施前最後一次升空，但由整個雙子星飛行計劃看來，仍未能驗證太空人可在艙外順利的工作，因僅三次成功而已。在這次任務中艾德林以太空艙聯繫繩進行2小時20分的艙外活動，並拍下星體的照片及成功取回微塵收集器，還進行其他例行任務。同時也驗證在太空艙艙外活動的可行性。此外，兩項站立於艙外工作亦順利進行。並進行其他慣例任務，如與雙子星泊接載具會合及泊接，並假設在雷達故障時，單靠電腦和飛行圖表在人工的操控下，亦能順利完成會合及泊接任務。可是由於雙子星泊接載具的推進器發生故障，同時取消攀升至更高軌道的任務。該次任務時間3天又22小時34分31秒，繞行地球飛行59次，軌道高度301.3公里，於11月15日重返地球。
肆、朝登月邁進
在雙子星計劃進行的同時，阿波羅計劃於1963年同步展開，並將前水星與雙子星這兩次實施軌道飛行計劃的經驗運用在其上。同時雙子星計劃的高軌道飛行、泊接、艙外活動等經驗與所獲得的數據資料也運用於阿波羅計劃的初期測試任務中，為登月計劃奠定基礎。
任務編號GT-07的雙子星七號(Gemini-VII)早雙子星六號一週升空，組員是指揮官法蘭克‧波曼(Frank Borman)及飛行員詹姆士‧羅威爾(James A. Lovell)。1965年12月4日14:30在LC-19發射，進入高度327公里的軌道。
雙子星七號是一個兩週內須作出不同醫學實驗的升空計劃。在這此14天的太空任務NASA要解決長時間在太空飛行所遇到的問題，細微至裝載量（其實在升空前，NASA已訓練組員將廢紙「塞進」太空艙的椅背）亦列入考慮的範圍；太空人同時紀錄自己每一天的行程，務求與地面另一批待命的太空人工作與睡眠時間一致。而雙子星七號進行約20項的實驗，其中包括於太空艙內的營養均衡。而太空人並測試一款全新設計、體積輕巧的太空衣，測試結果發現若於酷熱及狹窄的太空艙內長時間穿著會十分不舒服。與雙子星六號會合，更是此項任務的高潮。不過在往後的三天就不好過，兩位太空人接受一項耐力測試，幸好他倆有接受雙子星五號組員康納的意見，帶了不少書籍解悶，不然在這狹小的密閉空間可是會受不了的。
雙子星七號是美國有史以來飛行時間最長的升空計劃，在軌道上飛行達13天又18小時35分1秒，繞行地球飛行達206次，於12月18日返回地球。這項紀錄直至1970年代的太空實驗室計劃(Project Skylab)才被打破。
六、雙子星八號
雙子星八號(Gemini-VIII)在1966年3月16日11:41升空執行GT-08任務，這次任務的組員是指揮官尼爾‧阿姆斯壯(Neil A. Armstrong)及飛行員大衛‧史考特(David R. Scott)。當太空艙到達298.7公里高的軌道，阿姆斯壯將太空艙駛近至預先發射的雙子星泊接載具(GATV-5003)的0.9144公尺範圍內，正減速並緩慢的進行泊接動作。這次任務另一要求是在太空艙發射升空後六小時內完成首次泊接。
但是接著發生美國載人太空飛行史上，令人詫異的狀況。雙子星八號在兩者泊接後卻開始不斷的旋轉，這是太空人在模擬訓練中從未面對過的情形。在組員無計可施之下，只好將太空艙脫離8,097公斤重的雙子星泊接載具。造成旋轉的來源是艙外一具出問題的旋轉控制系統(Rotation Control System)，所以使太空艙翻滾得更快，達到每秒一轉的自轉速率，這使得艙內兩名組員頭暈目眩。若要艙體停止轉動，唯一方法是將太空艙重返。因此組員必須縮短這次任務，因此發射升空後繞行第七圈的時緊急撤回地球。組員降落海面後仍然嘔吐不止，同時倍感失望，因為史考特錯失了原訂進行的太空漫步。該次任務時間為10小時41分26秒。
七、雙子星九號
自從四個月前雙子星九號(Gemini-IX-A)任務的正選組員艾洛特‧西爾(Elliot M. See)和查爾斯‧巴瑟(Charles A. Bassett)，在飛行訓練任務的意外中相繼殉職後，曾在雙子星六號任務中擔任飛行員的史達福，於是以後備組員身份接替成為這次任務的指揮官，飛行員是尤金‧西蒙(Eugene A. Cernan)。史達福和西蒙成為首次以後備組員身份，在1966年6月3日08:39乘雙子星九號太空艙升空執行GT-09任務的太空人。
在軌道高度311.5公里之處，太空艙原是要與名為目標擴大接合器(ATDA, Augmented Target Docking Adapter)的無人駕駛太空艙會合，但會合因任務內容臨時調整而取消。而西蒙原先亦要測試美國空軍研製的兩款太空人移動單元(AMU, Astronaut Maneuvering Unit)，這系統分為外置噴射式與背包式的兩種，皆放置在雙子星泊接載具(GATV-5004)內。可惜西蒙在為時2小時7分鐘的艙外活動(EVA)時，出現活動困難的狀況，故只好放棄測試這兩種新式系統。這次任務執行時間為3天又20分50秒，繞行地球45次。七年後NASA在進行太空實驗室計劃時，再度展開對艙外移動單元(Manned Maneuvering Unit, MMU)的研發。
八、雙子星十號
編號GT-10的任務為雙子星十號(Gemini-X)，由曾在雙子星三號任飛行員的楊格為此次任務的指揮官，麥可‧柯林斯(Michael Collins)為飛行員。雙子星十號在1966年7月18日17:20升空，與預先停在較低軌道的火箭推進器(TLV-5305)相接後，再度爬升至482.8032公里高度，到達在前次雙子星八號預備會合的雙子星泊接載具(GATV)附近，完成首次在單一飛行任務中與不同火箭的二次會合。
在飛行過程中曾達到753.3公里高度的高軌道，亦證實高軌道位置的宇宙射線，並未對艙內的太空人構成危險。由於泊接載具沒有電力及雷達，這次泊接全憑太空人以目視飛航(VFR, Visual Flight Rule)完成。泊接後柯林斯出艙進行艙外活動（就是俗稱的太空漫步），在15.24公尺長的聯繫繩盡頭柯林斯成為首位在軌道上，直奔另一艘太空艙的太空人。柯林斯從泊接載具邊旁取回收集宇宙塵的屏板，由於忙於保持繩索不致纏繞雙子星太空艙和泊接載具，不小心讓帶來的照機意外的漂流在軌道中，以致沒拍下這次艙外活動的珍貴照片。任務執行時間為2天又22小時46分39秒，繞行地球43次。
九、雙子星十一號
在雙子星五號擔任飛行員的康納，在1966年9月12日09:42升空編號為GT-11的雙子星十一號(Gemini-XI)任務中擔任指揮官，飛行員是理察‧戈登(Richard F. Gordon)。隨著準備進行登月的阿波羅計劃(Project Apollo)逐漸明朗，雙子星計劃的總執行者華特‧勃克(Walter F. Burke)希望太空艙進入軌道後能立即完成會合程序。
當雙子星十一號發射升空後85公鐘即成功的進入軌道與雙子星泊接載具會合，並進行多次泊接測試。康納原本希望這艘太空艙可環繞月球飛行，但結果卻創下美國載人太空艙飛行的最高紀錄，離地面達1367.94公里。這次的飛行任務繞行地球44次，任務時間為2天又23小時17分8秒。並首次測試以全自動化及電腦操控的重返程序，組員在9月15日將太空艙降落至距美國海軍打撈船古安號(USS Guam)只有4.506公里之處。
十、雙子星十二號
雙子星計劃在結束前的最後一次任務由雙子星十二號(Gemini-XII)擔綱，組員是曾為雙子星七號飛行員的羅威爾，為這次GT-12任務的指揮官，太空艙操控由愛德恩‧艾德林(Edwin E. Aldrin)負責，於1966年11月11日15:46升空。
這次是阿波羅登月計劃實施前最後一次升空，但由整個雙子星飛行計劃看來，仍未能驗證太空人可在艙外順利的工作，因僅三次成功而已。在這次任務中艾德林以太空艙聯繫繩進行2小時20分的艙外活動，並拍下星體的照片及成功取回微塵收集器，還進行其他例行任務。同時也驗證在太空艙艙外活動的可行性。此外，兩項站立於艙外工作亦順利進行。並進行其他慣例任務，如與雙子星泊接載具會合及泊接，並假設在雷達故障時，單靠電腦和飛行圖表在人工的操控下，亦能順利完成會合及泊接任務。可是由於雙子星泊接載具的推進器發生故障，同時取消攀升至更高軌道的任務。該次任務時間3天又22小時34分31秒，繞行地球飛行59次，軌道高度301.3公里，於11月15日重返地球。
肆、朝登月邁進
在雙子星計劃進行的同時，阿波羅計劃於1963年同步展開，並將前水星與雙子星這兩次實施軌道飛行計劃的經驗運用在其上。同時雙子星計劃的高軌道飛行、泊接、艙外活動等經驗與所獲得的數據資料也運用於阿波羅計劃的初期測試任務中，為登月計劃奠定基礎。
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