Start von Cape Canaveral; Landung 1010 km südwestlich der Bermuda-Inseln.

Der Start glückte allerdings erst im dritten Anlauf. Ursprünglich war geplant, dass sich Gemini 6 einem zuvor gestarteten Zielsatelliten näherte, nämlich einer Agena-Rakete. Am 25. Oktober 1965, 6 Minuten nach dem Start, explodierte jedoch die Rakete mit dem Zielsatellit, und die Astronauten, die schon fertig in ihrem Raumschiff lagen, mussten wieder aussteigen.

Der zweite Versuch verlief noch dramatischer. Da nun aus dem geplanten Rendezvous-Manöver nichts mehr wurde, entschied man zunächst, die Flugplanung umzuändern. Nunmehr startete das Raumschiff Gemini 7 zuerst, und die Mission Gemini 6 wurde mit der Zusatzbezeichnung "A" versehen, darauf hinweisend, dass die Mission nun ein anderes Ziel hatte. Gemini 6 sollte nämlich jetzt mit dem Raumschiff Gemini 7 ein Rendezvous-Manöver durchführen.

Am vorgesehenen Starttag, dem 12. Dezember 1965 überstürzten sich jedoch die Ereignisse. Zwar liefen die Vorbereitungen normal, die Triebwerke hatten auch bereits gezündet, als ein schlecht befestigtes Kabel sich von der Rakete löste. Alle Systeme zeigten, dass die Rakete abgehoben sei, aber tatsächlich bewegte sie sich nicht. Folglich schaltete das System die Triebwerke ab. Wäre allerdings die Rakete gestartet gewesen, wäre sie durch das Abschalten der Systeme wieder zurückgefallen und der ganze Komplex mitsamt den Astronauten wäre explodiert. Für derartige Fälle gab es jedoch einen Schleudersitz, den die Astronauten hätten betätigen sollen. Da aber Schirra tatsächlich keine Bewegung der Rakete gespürt hatte, entschied er, nicht den Schleudersitz zu betätigen, was sich als richtig erwies.

Bei der Untersuchung wurde festgestellt, dass nicht nur einige Kabel recht lose saßen, sondern dass auch eine Staubschutzhaube in einem der Triebwerke vergessen wurde, was unabhängig vom abfallenden Kabel zu einem Abbruch des Starts geführt hätte. Der Start musste folglich wieder um einige Tage verschoben werden.

Der dritte Startversuch am 15. Dezember 1965 gelang dann ohne Probleme und bereits nach der vierten Erdumkreisung glückte das Rendezvous-Manöver mit dem Raumschiff Gemini 7. Dieses Manöver war das erste gesteuerte Rendezvous in der Raumfahrt. Die sowjetischen Manöver beruhten seinerzeit ausschließlich auf exakten Bahnberechnungen. Gemini 6 als aktives Raumschiff näherte sich Gemini 7 teilweise bis auf 30 cm. Die beiden Mannschaften standen dazu auch im Funkkontakt.

Dieses Rendezvous-Manöver war die einzige Aufgabe von Gemini 6. Nachdem das erfüllt war, kehrten sie zur Erde zurück. Zum ersten Mal wurde die Wasserung live im Fernsehen übertragen. Die Bergung der Crew erfolgte durch den Flugzeugträger USS Wasp.