9 ноября 1967 г. в 07:00:01.4 EST (12:00:01 UTC) со стартового комплекса LC-39A Космического центра имени Кеннеди был произведен первый в истории пуск сверхтяжелого носителя Saturn V. Официальными обозначениям пуска были AS-501 и Apollo 4.
Через 666 секунд третья ступень S-IVB вышла на низкую опорную орбиту и сделала по ней два витка. Через 3 час 11 мин 57 сек после старта двигатель J-2 третьей ступени был включен во второй раз и обеспечил перевод на эллиптическую орбиту с высоким апогеем. На отметке 3 час 26 мин 28 сек произошло отделение беспилотного корабля Apollo CSM-017. Имитатор лунного модуля LTA-10R остался в составе ступени.
В ходе самостоятельного полета все бортовые системы корабля работали штатно. Он выполнил две коррекции траектории с использованием двигателя SPS служебного модуля. Первая прошла штатно, второе включение продолжалось на 13 сек дольше расчетного из-за того, что в ходе его ЦУП-Х перехватил у корабля управление, опасаясь отсутствия контроля за импульсом на борту. Следствием этого стало увеличение скорости входа командного модуля в атмосферу с 11074 до 11139 м/с и увеличение пиковой тепловой нагрузки, которая и так была установлена на уровне на 22% выше, чем при возвращении от Луны.
Сразу после второго импульса было проведено разделение командного и служебного модулей.
Через 8 час 19 мин 28 сек после старта командный модуль вошел в атмосферу на высоте 122 км. Вход производился в варианте двойного погружения с максимальной перегрузкой 7.3 g в первом и 4.0 g во втором. При движении в атмосфере командный модуль продемонстрировал аэродинамическое качество на уровне 0.38.
В 15:37:08 EST командный модуль приводнился в Тихом океане вблизи расчетной точки и в шести милях от спасательного корабля USS Bennington.
Перед пуском NASA объявило, что в 1968 г. состоятся еще два беспилотных пуска РН Saturn V и пилотируемый старт AS-504 с целью испытания лунного модуля. На 1969 г. планировались четыре пилотируемых полета с целью отработки или имитации лунной экспедиции с ожидаемой посадкой в полете AS-509 в конце года. В реальности количество испытательных пусков было сокращено, а их программа сжата до предела.
Нынче Америка уже не та. А ведь в 1969–1972 гг. американцы шесть раз высаживались на Луну!