W tym czasie przeprowadzono serię prób z ATDA, wykorzystując komendy naziemne do wysuwania i chowania mechanizmu dokowania, a także odpalenie silników korekcyjnych z nadzieją, że uda się odrzucić osłonę. Zespół kontroli naziemnej i załoga Gemini 9 spotkali się z zespołem, który instalował osłonę aerodynamiczną. Według niego z obręczy nie usunięto bolca zabezpieczającego, przez co pomimo uruchomienia sekwencji odrzucenia osłony obręcz nie została zwolniona, a osłona się nie otworzyła. 3 czerwca 1966 roku – start udany.
Cele misji Podobnie jak w poprzedniej misji, celem głównym było dokowanie ze stopniem rakietowym Agena oraz EVA (spacer kosmiczny). Dokowanie miało nastąpić w trakcie trzeciego okrążenia Ziemi. Jako drugoplanowe cele wyznaczono ćwiczenia dokowania oraz podejścia do celu z wyższej (a nie jak wcześniej - z niższej) orbity oraz doskonalenie procedury sterowanego przejścia przez atmosferę. Cele misji (dokowanie i EVA) zostały osiągnięte tylko częściowo. Cernan nie zdążył użyć AMU (Astronaut Maneuvering Unit), choć z drugiej strony ustanowił nowy rekord przebywania w otwartej przestrzeni kosmicznej - 2 godziny i 9 minut i zgromadził niezwykle wartościowe doświadczenia, dotyczące problemów, które wiązały się z pracą na zewnątrz statku kosmicznego.