Основной целью полёта являлось сближение и стыковка с мишенью Аджена-IX. Из-за аварии носителя мишени Аджена-IX полёт был отложен и была использована альтернативная мишень ADTA, запущенная ракетой Atlas 1 июня 1966 года. Также был запланирован выход в открытый космос с использовнием ракетного ранца.
Запуск 3 июня 1966 года, в 8:39.
Продолжительность полёта: 3 дня 21мин. Высота орбиты 311,5 км. Корабль совершил 45 витков вокруг Земли.
Программа полёта выполнена частично. В ходе полёта успешно отработаны несколько методов орбитального сближения, но неотделившийся обтекатель мишени сделал стыковку с ней невозможной. Программа выхода в открытый космос предполагала подключение и использование ракетного ранца, закреплённого в корме корабля. Однако, в процессе выхода у Сернана возникли серьёзные трудности: операции в невесомости оказались сложнее, чем предполагалось. Кроме того, начало запотевать стекло скафандра и видимость была ограничена. К моменту подключения ракетного ранца Сернан был крайне утомлён и выход было решено прервать. Длительность выхода в открытый космос составила 2 ч. 8 мин.
Посадка 6 июня 1966 года. Корабль приводнился в расчётной точке. Экипаж подобран американским авианосцем USS Wasp через 52 минуты после приземления.