任務
1966年10月22日，前蘇聯將月球12號從發射基地上空成功發射升空。月球12號被送入了212×199千米、傾角50.9度的低地球軌道，然後進入奔月軌道。這次任務的目的是獲得月球的近距離照片，可能是為了未來的載人登月進行選址。月球12號保留了月球4~11號的發動機和制導系統，但在前端放著儀器艙。前蘇聯宣布它在軌道上的重量為1136公斤。10月15日，月球12號進行了中斷修正，當月球12號距離月表8000千米時，月球12號將飛行方向垂直於月球表面（如同月球8號所做的那樣），當距離月球1290千米、速度2.085千米/秒時，制動發動機開始點火併燃燒28秒，將速度從降到1.148千米/秒，並將其推入了1740×100千米、傾角接近0度的月球軌道，月球12號的運行周期為3小時25分。
儀器
月球12號 月球12號攜帶了光-電視系統與探測器3號的相同，即先由普通光學相機拍攝，在經沖洗、烘乾，然後由電視攝像機掃描，並將掃描的圖像傳回地球。傳回的照片為在約100-340 千米處拍攝的照片，覆蓋範圍約25平方千米，根據報導其解析度達到15到20米，每幀為1100線。但前蘇聯公開的照片極少。美國的希爾頓認為，10月29日蘇聯還沒有進行拍攝，第一幅照片的傳送時間使推遲了4天，月球12號的定向系統可能出了問題。
成果
除了拍攝任務之外，月球12號繼月球10號、月球11號之後，繼續繪製重力場圖，繼續進行了這方面的工作。此外，還繼續測定太陽和宇宙輻射，記錄月表的伽瑪射線和Ｘ射線螢光輻射。另外，據報導月球12號還對月球車1號（俄語Луноход，英文Lunokhod 1）的電動機進行了試驗。1967年1月19日，在繞越飛行近3個月後，月球12號停止了工作。
