Il fut sélectionné en 1959 par la toute nouvelle NASA pour faire partie du premier groupe d'astronautes du programme Mercury.
Vols réalisés
Il fut le premier Américain dans l'espace le 5 mai 1961, lors du vol Mercury-Redstone 3 (MR3) où il pilota la capsule Freedom 7 pour un vol suborbital de 15 minutes 22 (avec 3 minutes d'impesanteur).
Par la suite, il fut pilote de réserve pour la mission Mercury-Atlas 9, mais fut plus tard interdit de vol à cause d'une maladie de l'oreille interne (maladie de Menière) jusqu'en mai 1969 (période pendant laquelle il officia comme Chef du Bureau des astronautes).
10 ans après son vol dans Freedom 7, il fut commandant de la mission Apollo 14 qui se posa sur les collines lunaires de Fra Mauro le 5 février 1971 à 9 h 18 min. Il fut le cinquième homme à marcher sur la lune et le premier joueur de golf lunaire (comme il l'avait promis à son père).
Il eut (à ce moment) le record de durée sur la lune (33 heures) et le record de sorties sur la lune (9 heures 17 minutes en 2 sorties), dépassé plus tard par les trois autres missions Apollo.
Il totalisa 216 heures et 57 minutes dans l'espace.
Il reprit le travail de Chef de Bureau des astronautes en juin 1971. Il quitta la NASA et la Marine le 1 août 1974, avec le grade contre- amiral, pour rejoindre la "Marathon Construction Company" de Houston, comme associé et président.
Plus tard, il sera Président des entreprises "Seven/Fourteen" à Houston.
Il est décédé d'une leucémie le 21 juillet 1998 à l'âge de 74 ans.