24 декабря 1968 г. американская ракета «Сатурн-5» вывела космический корабль «Аполлон-8», пилотируемый космонавтами Ф. Борманом, Дж. Ловеллом и У. Андерсом, который совершил облет Луны, а 19 мая 1969 г. эту же задачу выполнил экипаж «Аполлона-10» в составе Т. Стаффорда, Дж. Янга и Ю. Сернана. 16 июля 1969 г. космический корабль «Аполлон-11» вышел на орбиту Луны, а спускаемый аппарат достиг поверхности планеты. Космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрин вышли на поверхность Луны в зоне Моря Спокойствия и пробыли там с 20 по 21 июля в течение 21 часа 36 минут. Космонавт М. Коллинз находился в космическом корабле. С этого времени американские космонавты стали именоваться астронавтами, как побывавшие на другой планете. С 1969 по 1972 г. на Луне побывали экипажи «Аполлонов»-12, 14, 15, 16 и 17, причем последний экипаж в составе Ю. Сернана, Х. Шмидта и Р. Эванса с 11 по 15 декабря 1972 г. провел на поверхности планеты (Сернан и Шмидт) 75 часов. Последние две экспедиции для перемещения по поверхности Луны использовали луноходы типа «Ровер». Генерал Каманин в своем дневнике признавал, что СССР не только потерпел поражение в гонке, но и упустил шанс завоевать господство в космосе решающий, на его взгляд, фактор в грядущей победе коммунизма во всем мире.
Однако о победе коммунизма думали идеологи в ЦК КПСС, а не разработчики ракетно-космической техники. Главная причина поражения была в слишком большом спектре задач, решаемых советской космонавтикой: здесь и лунная программа, и создание орбитальных космических станций, и разработка межпланетных спутников для полета к Марсу, Луне и Венере. Если США бросили все силы на реализацию лунной программы, то в СССР, кроме всего прочего, должны были решаться задачи достижения военного паритета с блоком НАТО после погрома, устроенного Хрущёвым в начале 60-х гг. в авиации и флоте. Отставание было ликвидировано лишь к началу 80-х гг. Естественно, сказывалась и большая эффективность экономики США.
1964 г. ознаменовался полетом трех космонавтов: В. М. Комарова, К. П. Феоктистова и Б. Б. Егорова на космическом корабле «Восход». 1819 марта 1965 г. совершил полет космический корабль «Восход-2» с космонавтами П. И. Беляевым и А. А. Леоновым, причем Алексей Архипович Леонов впервые в мире вышел в открытый космос. Этот эксперимент едва не закончился трагедией, так как у космонавта внезапно раздулся скафандр, и он только чудом смог втиснуться в открытый шлюз космического корабля уже на пределе достаточности воздуха.
К 1966 г. под руководством Королева были осуществлены разработки новых космических кораблей класса «Союз», до сих пор успешно летающих в космос. 1 марта 1966 г. межпланетная станция «Венера-3», запущенная 16 ноября 1965 г., впервые достигла Венеры, доставив на ее поверхность вымпел с гербом СССР. 6 марта 1966 г. ОКБ-1 было преобразовано в Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения (ЦКБЭМ), а 11 мая Главным конструктором и его начальником был назначен В. П. Мишин.
Не обошлось и без жертв. 23 апреля 1967 г. с космодрома Байконур стартовал новый космический корабль «Союз-1», который пилотировал летчик-космонавт Владимир Комаров. Корабль имел много недоработок, а запуски в беспилотном режиме были неудачными. 28 ноября 1966 г. полет первого автоматического «Союза-1» закончился аварийным сходом с орбиты. 14 декабря того же года пуск «Союза» также окончился аварийно, да еще и с разрушением стартового стола. Несмотря на все это, советское политическое руководство настояло на срочной организации нового космического достижения к 1 мая. Ракету спешно готовили к старту, первые проверки выявили более сотни неполадок. При жизни С. П. Королева данный полет не состоялся бы ни при каких обстоятельствах, однако к возражениям В. П. Мишина никто прислушиваться не хотел. Корабль вышел на орбиту, но дефектов оказалось так много, что его пришлось срочно сажать. При посадке произошел отказ парашютной системы, и Владимир Комаров погиб при ударе о землю. Доработки проекта велись более года. 25 октября 1968 г. состоялся запуск космического корабля «Союз-2» в автоматическом режиме, а 2630 октября комического корабля «Союз-3», пилотируемого Героем Советского Союза летчиком-космонавтом Георгием Тимофеевичем Береговым, получившим это звание в годы войны. В задачу полета входила стыковка двух кораблей, однако ее осуществить не удалось из-за перерасхода топлива.
С 1967 по 1971 г. было совершено 10 полетов космических кораблей «Союз». С 14 по 15 января 1969 г. состоялась первая стыковка космических кораблей «Союз-4», пилотируемого космонавтами В. А. Шаталовым и Б. В. Волыновым, и «Союз-5», управляемого А. С. Елисеевым и Е. В. Хруновым, причем два последних космонавта вышли в открытый космос и пересели в другой корабль. 19 апреля 1971 г. был осуществлен запуск первой в мире орбитальной космической станции «Салют-1». 2325 апреля 1971 г. космический корабль «Союз-10» доставил на станцию первый ее экипаж в составе В. А. Шаталова, А. С. Елисеева и Н. Н. Рукавишникова. Следующая экспедиция должна была работать на станции 23 дня, что было рекордом по длительности пребывания в космосе. 6 июня 1971 г. экипаж космического корабля «Союз-11» в составе Георгия Добровольского, Владислава Волкова и Виктора Пацаева стартовал с космодрома Байконур и успешно состыковался со станцией. На космодроме перед стартом основной экипаж (Алексей Леонов, Валерий Кубасов и Петр Колодин) был заменен дублирующим (Добровольский, Волков, Пацаев). 30 июня 1971 г. при возвращении на Землю произошла разгерметизация спускаемого аппарата и экипаж погиб. С тех пор космические корабли комплектуются специальными скафандрами, в которые все члены экипажа облачаются на активных участках полёта.
С 1967 по 1971 г. было совершено 10 полетов космических кораблей «Союз». С 14 по 15 января 1969 г. состоялась первая стыковка космических кораблей «Союз-4», пилотируемого космонавтами В. А. Шаталовым и Б. В. Волыновым, и «Союз-5», управляемого А. С. Елисеевым и Е. В. Хруновым, причем два последних космонавта вышли в открытый космос и пересели в другой корабль. 19 апреля 1971 г. был осуществлен запуск первой в мире орбитальной космической станции «Салют-1». 2325 апреля 1971 г. космический корабль «Союз-10» доставил на станцию первый ее экипаж в составе В. А. Шаталова, А. С. Елисеева и Н. Н. Рукавишникова. Следующая экспедиция должна была работать на станции 23 дня, что было рекордом по длительности пребывания в космосе. 6 июня 1971 г. экипаж космического корабля «Союз-11» в составе Георгия Добровольского, Владислава Волкова и Виктора Пацаева стартовал с космодрома Байконур и успешно состыковался со станцией. На космодроме перед стартом основной экипаж (Алексей Леонов, Валерий Кубасов и Петр Колодин) был заменен дублирующим (Добровольский, Волков, Пацаев). 30 июня 1971 г. при возвращении на Землю произошла разгерметизация спускаемого аппарата и экипаж погиб. С тех пор космические корабли комплектуются специальными скафандрами, в которые все члены экипажа облачаются на активных участках полёта.
Работы по созданию сверхмощной ракеты Н1 для полетов на Луну окончились неудачей. Проект получил название Н1-Л 3. Лунный орбитальный корабль Л 3 был рассчитан на 2 человек и на 13 суток полета, имел массу (с учетом топлива) 9850 кг. Масса спускаемого аппарата составляла 2804 кг. Размеры и технические характеристики всего комплекса РКК Н1-Л 3 (7Л) потрясали воображение: высота 105, 3 м, диаметр 16 м, масса выводимого полезного груза на орбиту 90 т, стартовая масса 2820 т, масса топлива кислорода 1730 т, керосина 680 т, суммарная тяга двигателей 4615 тс. На проект были потрачены огромные средства. 21 февраля 1969 г. состоялся первый пуск Н1, однако ракета взорвалась на 70-й секунде полета. Аварийно закончился второй запуск 3 июля того же года. Третий запуск состоялся 27 июня 1971 г., а четвертый 23 ноября 1972 г. Они также закончились неудачами. Многочисленные аварии вызвали неудовольствие правителей СССР. 22 мая 1974 г. В. П. Мишин был освобожден от должности начальника ЦКБЭМ, которое было преобразовано в научно-производственное объединение (НПО) «Энергия», Генеральным конструктором и директором которого был назначен академик В. П. Глушко. Очередной пуск системы Н1-Л 3 ( 8Л) намечался на май 1974 г., однако по решению комиссии ЦК КПСС, возглавляемой Д. Ф. Устиновым, и с молчаливого согласия Академии наук СССР, все работы по дальнейшему развитию комплекса были прекращены. Первенство в освоении космоса пилотируемыми аппаратами окончательно перешло к США, которые к этому времени развернули работы по созданию системы «Спейс-Шаттл».
Свидетельство очевидца
По воспоминаниям академика Чертока, Сергей Павлович Королев еще на рубеже 5060-х гг. говорил, что «мы стреляем городом», так как пуск каждой из первых советских ракет стоил приблизительно столько же, сколько тратилось денежных средств на строительство нового города с населением в 30 тысяч человек.
Была и субъективная причина неудачи в лунной гонке: Главный конструктор ЦКБЭМ В. П. Мишин считал, что наиболее эффективным и безопасным является исследование поверхности Луны при помощи автоматов, и у этой точки зрения также было много сторонников. И, действительно, исследование Луны с применением спутников шло достаточно успешно. 15 сентября 1968 г. автоматическая станция «Зонд-5» после семисуточного полета, облетев Луну, возвратилась на Землю, а 10 ноября с успехом завершила полет автоматическая станция «Зонд-6». К 1970 г. было запущено 16 межпланетных автоматических станций для исследования Луны. В ноябре 1971 г. межпланетная космическая станция «Луна-17» доставила на поверхность планеты автоматический самоходный аппарат «Луноход-1», который с 17 ноября 1970 по 4 октября 1971 г. прошел по поверхности планеты 10 540 м, обследовав площадь в 80 000 кв. м, было получено более 200 панорам лунной поверхности и сделано около 20 тысяч снимков, переданных на Землю. Аппарат весом 756 килограммов провел исследование грунта планеты. 16 января 1973 г. с помощью автоматической станции «Луна-21» в район Моря Ясности на поверхности Луны был доставлен автоматический аппарат «Луноход-2», который за 5 лунных дней прошел 37 километров пути и провел более детальные исследования. США к этому времени уже завершили лунную программу. Таким образом, СССР к 1974 г. отстал от США в этой области освоения космоса на 5 лет.
Этого пережить советское правительство не могло, и все силы были брошены на создание орбитальных космических станций. К началу 80-х гг. было запущено в космос 7 станций типа «Салют», осуществлены полеты международных космических экипажей, начало которым положил запуск 1521 июля 1975 г. космического корабля «Союз-19» с экипажем в составе А. А. Леонова и В. Н. Кубасова. На орбите произошла стыковка с американским космическим кораблем «Аполлон», пилотируемым астронавтами Т. Стаффордом, В. Брандтом и Д. Слейтоном. Именно тогда было положено начало сотрудничеству двух держав в космосе. 210 марта 1978 г. состоялся запуск космического корабля «Союз-28», доставившего на орбитальную станцию «Салют-6» международный экипаж в составе летчика-космонавта А. А. Губарева и чехословацкого космонавта В. Ремека. В дальнейшем на орбите побывали представители всех социалистических стран.