Start von Cape Canaveral; Landung 1130 km südöstlich von Cape Canaveral im Atlantik.

Letzte Gemini-Mission. Die Hauptaufgaben dieser Mission unterschieden sich nicht wesentlich von denen der Mission Gemini 11. Man hatte aber im Vorfeld, erstmalig Unterwasser-Training für die EVA-Aktivitäten eingeführt und ansonsten bessere Haltegriffe an der Gemini-Kapsel angebracht.

Trotz Problemen mit dem Rendezvous-Radar gelang die Ankopplung mit dem unbemannten Agena-Zielsatelliten GATV-12 ohne Probleme. Zum zweiten Mal während des Gemini-Programms gelangen auch das An- und Abkoppeln an die Agena, allerdings mit leichten Problemen. Auch das Aufsteigen in einen höheren Orbit misslang, weil die Agena-Triebwerke nicht funktionierten. Die Gemini-Kapsel hatte dann während der Mission noch Schwierigkeiten mit den Brennstoffzellen.

Aldrin absolvierte während dieser Mission drei EVA's, was einen neuen Rekord darstellte. Die erste war am 12.11.1966 (2h 29m). Es war eine Stand-up EVA, d.h., nur mit seinem Oberkörper ging er aus der Gemini-Kapsel heraus. Dabei fotografierte er Sternenfelder, installierte eine Filmkamera, brachte die Handgriffe an die Kapsel an, und holte einen Mikrometeoritendetektor in die Kapsel herein. Dabei ging er sehr ruhig vor, ohne sich anzustrengen, so dass es auch keine Sichtbehinderungen durch einen von innen beschlagenen Helm gab. Das zweite Außenbordmanöver fand am 13.11.1966 (2h 06m) statt. Diesmal war er durch eine Sicherheitsleine abgesichert und verband die Agena mittels eines Seils mit der Gemini-Kapsel und testete noch einige Handgriffe. Die letzte EVA war dann wieder am 14.11.1966 (0h 55m) eine Stand-up EVA, in der Sternenformationen fotografiert und einiges an überflüssigem Material aus der Gemini-Kapsel entsorgt wurden.

Die Rückkehr wurde wieder vollkommen automatisch gesteuert und Gemini 12 landete nur 5,5 km vom Bergungsschiff, dem Flugzeugträger USS Wasp.