阿姆斯特朗是和他的同伴奥尔德林一起，乘坐阿波罗11号飞船于1969年7月21日抵达月球的。
在月面结束工作后，两名宇航员进入登月舱上升段。休息了约7小时后，他们启动了登月飞船上升段离开月面，返回到绕月轨道，与留在绕月轨道上的指令舱哥伦比亚号会合（指令舱中留有第三名宇航员，也是指令舱驾驶员迈克尔·柯林斯），随他们返回的还有21.55公斤的月面土壤和岩石样本。
在与哥伦比亚号会合之后，登月舱鹰号被抛弃并留在绕月轨道上，只有指令舱连同服务舱连接在一起。随后，宇航员们启动服务舱发动机，离开月球轨道，开始向着地球飞行。到达地球轨道后，三名宇航员全都进入指令舱，并把指令舱与服务舱分离，将服务舱留在地球轨道上，乘坐指令舱按照预定的路线于1969年7月24日再入大气层。
指令舱降落在北纬13度19分，西经169度9分，维克岛以东2660公里的大西洋上，距回收船大黄蜂号24公里。在降落约一小时后，宇航员们被回收直升机发现，之后宇航员们进入了一个用做隔离设施的拖车。尼克松总统亲自登上了回收船欢迎宇航员返回地球。
为避免从月球带回未知病原体，阿姆斯特朗等三名阿波罗11号的乘员在返回地球后被隔离，3周之后宇航员们离开了隔离区。
