Il 20 luglio 1969 il modulo lunare chiamato "Eagle", venne separato dal "Columbia". Collins rimase a bordo del Columbia, mentre l'Eagle con Armstrong e Aldrin, scendeva sulla superficie. Dopo un attento controllo visivo, Eagle ha acceso il motore e iniziato la discesa. Durante questa fase, gli astronauti si accorsero che il sito dell'atterraggio era molto più roccioso di quanto avessero indicato le fotografie. Armstrong prese il controllo manuale del modulo lunare, che fece allunare alle 20:17:40 UTC. Il primo sito di atterraggio dell'Apollo, nella parte meridionale del Mare della Tranquillità a circa 20 km a sud-ovest del cratere Sabine D, fu scelto perché ritenuto abbastanza piano e liscio dai rilevamenti effettuati dai lander Ranger 8 e Surveyor 5, così come dalle mappe tracciate dal Lunar Orbiter. Alle 2:56 UTC, ovvero sei ore e mezza dopo aver toccato il suolo, Armstrong compì la discesa sulla superficie e fece il suo grande passo per l'umanità. Aldrin lo seguì, e i due astronauti trascorsero due ore e mezza a fotografare la superficie lunare e raccogliere campioni di roccia. Progettarono la disposizione delle attrezzature per installare l'Early Apollo Scientific Experiment Package (EASEP) e issare la bandiera americana, studiando il sito dell'allunaggio dalle due finestre triangolari dell'Eagle, che permettevano loro di avere una visione di 60°. La preparazione richiese ben più delle due ore previste. Armstrong ebbe alcune iniziali difficoltà a uscire dello sportello a causa della sua PLSS (Portable Life Support System, la tuta spaziale). Infatti secondo il veterano lunare John Young, a una riprogettazione del LM che prevedeva uno sportello più piccolo, non seguì una revisione della PLSS, così si rese difficoltosa l'entrata e l'uscita degli astronauti dello sportello. L'Unità di Controllo Remota posta sul casco impediva ad Armstrong di vedersi i piedi. Mentre scendeva la scaletta di nove gradini, Armstrong tirò l'anello che schierò il Modular Equipment Stowage Assembly (MESA) contro il lato dell'Eagle attivando la telecamera della TV. Le prime immagini vennero ricevute al "Goldstone Deep Space Communications Complex" negli USA, ma quelle con miglior definizione si videro a Honeysuckle Creek in Australia. Qualche minuto più tardi le immagini furono mandate anche nel normale circuito televisivo, grazie al radiotelescopio del Parkes Observatory in Australia. Così, malgrado le difficoltà iniziali, le prime immagini in bianco e nero di un uomo sulla Luna vennero viste in diretta da almeno 600 milioni di persone sparse in tutto il mondo. Dopo una breve descrizione della superficie (very fine grained... almost like a powder cioè "a grana molto fine... quasi come la polvere") e aver pronunciato la sua storica frase, Armstrong fece il suo primo passo fuori dall'Eagle e diventò il primo uomo a camminare su un altro corpo celeste. Commentò che muoversi nella gravità lunare, circa un sesto di quella terrestre, era molto più facile che nelle simulazioni effettuate prima del lancio. Oltre che essere la concretizzazione del sogno di John F. Kennedy di vedere un uomo sulla Luna prima della fine degli anni sessanta, l'Apollo 11 fu un test per tutte le successive missioni Apollo; quindi Armstrong scattò le foto che sarebbero servite ai tecnici sulla Terra a verificare le condizioni del modulo lunare dopo l'allunaggio. Successivamente raccolse il primo campione di terreno lunare, lo pose in una busta che mise nell'apposita tasca della sua tuta. Rimosse la telecamera dal MESA, fece una panoramica e la mise su un treppiede a 12 m dal modulo lunare. Il cavo della telecamera, però, rimase parzialmente arrotolato, rappresentando un pericolo per le attività fuori dal modulo (EVA). Aldrin raggiunse
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