Os astronautas Thomas Stafford e Eugene Cernan voaram 72 horas e 20 minutos na Gemini 9, num total de 44 órbitas ao redor da Terra, completados com uma aterrissagem perfeita. Segundo Bernard Lovell, diretor do Observatório do Jodrell Bank, na Grã-Bretanha, o sucesso da Gemini 9 e do voo do Surveyor colocaram os Estados Unidos à frente da corrida espacial.
Mais de 50% das metas da missão foram atingidas. Quatro dos oito objetivos foram concretizados e o quinto — o passeio de Cernan pelo espaço durante 2h30 — alcançou êxito parcial. Cernan suou muito, e o seu suor embaçou o visor do capacete, obrigando-o a voltar às cegas para a nave. As várias manobras de engate previstas com o satélite Agena Target Docking Adapter (Atda) não puderam ser realizadas, devido a falhas no equipamento. O acoplamento não ocorreu porque as tampas do ATDA, descrito pelos astronautas como um "jacaré faminto" não se abriram como deveriam.
Só o encontro e o voo em formação da nave com o satélite obtiveram êxito completo. Cernan bateu o recorde de permanência fora da cápsula — 1hora e 54 minutos. Entre as metas não atingidas estavam um voo em órbita mais externa à do satélite, alvo de uma série de experiências científicas que Cernan realizaria.
No retorno, o pouso no Atlântico, a 6 quilômetros da unidade de resgata, o porta-aviões Wasp, foi o mais perfeito dos 13 efetuados até então por astronautas americanos.
A Gemini 9 foi lançada em 3 de junho. Os pilotos Elliott See e Charles Bassett, da tripulação original, morreram em um acidente de avião pouco antes da nave ser lançada. Thomas Stafford e Eugene Cernan substituíram os astronautas mortos e a nave recebeu o nome de Gemini 9-A. Os objetivos principais eram testar três técnicas de encontro espacial, uma caminhada espacial para testar a Astronaut Maneuvering Unit (AMU) e a precisão no pouso no mar. Havia ainda diversas experiências científicas a serem realizadas.
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