Start von Cape Canaveral (KSC). Es war der erste Nachtstart im Apollo-Programm. Zum ersten Mal musste der Start wegen eines Hardware-Fehlers um 2 Stunden und 40 Minuten verschoben werden. Ein Countdown-Sequenzer funktionierte nicht. Landung 560 km westlich der Samoa-Inseln im Pazifik.

Auf dem Weg zum Mond gelang der Besatzung das berühmte, einzigartige Bild einer „Voll-Erde“ "Blue Marble" mit Blick auf Afrika und den indischen Ozean. Zu dieser Konstellation kam es, weil der vorgesehene Landeplatz der östlichste des Apollo-Programms war; die Anforderung nach einer günstigen, nicht zu hoch stehenden Sonne auf dem Mond führte daher zu einem Start nur 34 h nach Neumond.

Apollo 17 war das sechste und letzte bemannte Mondlandeunternehmen. Während des Hinfluges führten die Astronauten einige wissenschaftliche Experimente durch. Als Landegebiet war von den Wissenschaftlern das gelogisch interessant erscheinende Taurus-Littrow-Gebirge ausgewählt worden. Eugene Cernan und Harrison Schmitt landeten mit der Mondfähre „Challenger“ nördlich des Mons Vitruvius an einem Ausläufer des Mare Serenitatis. Auf der Mondoberfläche erfolgten drei Ausstiege von Eugene Cernan und Harrison Schmitt bei ca. 75 Stunden Gesamtaufenthalt auf dem Mond.

Die erste EVA führten die beiden Astronauten am 11. Dezember 1972 (7h 12m) durch. Dabei wurden das ALSEP aufgebaut, zwei geologische Proben genommen, zwei sogenannte "explosive packages" aufgestellt und Gravimeter-Messungen durchgeführt.

Während der zweiten EVA am 12. Dezember 1972 (7h 37m) wurden erneut gravimetrische Messungen durchgeführt und auch die "explosive packages" kamen wieder zum Einsatz. Bemerkenswert war der Fund von orangefarbenen glasähnlichen Kügelchen. Auch davon wurden ausgiebig Proben genommen. Daneben standen fotografische Arbeiten auf dem Programm.

Die dritte und letzte EVA erfolgte schließlich am 13. Dezember 1972 (7h 19m). Weiterhin standen gravimetrische Messungen an und das Sammeln spezifischer Gesteine (Felsen, Basalte, sonstiges Material). Zum Abschluss wurde eine Plakette an den auf dem Mond verbleibenden Teil der Landekapsel angebracht, in der alle Mondlandungen dargestellt waren. Eugene Cernan verließ als letzter Mensch die Mondoberfläche, die bis heute nicht wieder von Menschen betreten wurde. Insgesamt legten die Astronauten mit ihrem Mondauto 34 Kilometer zurück. Dabei erklommen sie mehrere Krater sowie das Taurus-Gebirge und sammelten in der Summe 110,4 kg Mondgestein zum Rücktransport auf die Erde ein. Es war mit 3 Tagen und 3 Stunden Verweildauer auf dem Mond die längste Mission der Apollo-Serie.

Die Übertragung des Rückstarts vom Mond mit der ferngesteuerten Kamera gelang dieses Mal perfekt. Das Training der zwei vorhergegangenen Missionen erlaubte, das Schwenken der Kamera trotz der Signallaufzeit von insgesamt 2,5 Sekunden so zu steuern, dass die Aufstiegsstufe fast in der Bildmitte blieb.

Nachdem Eugene Cernan und Harrison Schmitt wieder in das Apollo-Raumschiff umgestiegen waren, wurde die Aufstiegsstufe der Mondfähre gezielt zum Absturz gebracht. Sie schlug in etwa 10 km Entfernung von der zurückgelassenen Abstiegsstufe auf. Das ausgelöste Mondbeben wurde auch von den Seismometern an den fünf anderen Apollo-Landestellen registriert.
Die von den Astronauten installierten Sprengladungen des aktiven seismischen Experiments (ASE) wurden in den folgenden Tagen ferngezündet.

Während seine Kameraden auf dem Mond waren, absolvierte Ronald Evans diverse wissenschaftliche Experimente an Bord des Mutterschiffs America. Dabei kamen erstmalig zum Einsatz ein Infrarot-Radiometer, ein Ultraviolett-Spectrometer und ein Mond-Sonar.

Wissenschaftliche Experimente dieser und anderer Art fanden auch wieder auf dem Rückflug statt. Dazu kam dann noch eine EVA von Ronald Evans am 17. Dezember 1972 während des Rückfluges zur Erde zur Bergung einer Film-Kassette (66 Minuten).

Das Bergungsschiff war erneut die USS Ticonderoga, von der das Raumschiff nur 6,4 km entfernt wasserte.