任務成員
執行成員
左起:洛威爾、安德斯、博爾曼弗蘭克·博爾曼（曾執行雙子星7號以及阿波羅8號任務），指令長。
吉姆·洛威爾（曾執行雙子星7號、雙子星12號、阿波羅8號以及阿波羅13號任務），指令/服務艙駕駛員。
威廉·安德斯（曾執行阿波羅8號任務），高級駕駛員。
替補成員
替補成員同樣接受任務訓練，在主力成員因各種原因無法執行任務時接替。
尼爾·阿姆斯特朗，曾執行雙子星8號以及阿波羅11號任務，指令長。
巴茲·奧爾德林，曾執行雙子星12號以及阿波羅11號任務，指令艙駕駛員。
弗萊德·海斯，曾執行阿波羅13號任務，高級駕駛員。
支持團隊
支持團隊並不接受任務訓練，但被要求能夠在會議時代替某位太空人，並參與任務計畫的細節敲定。他們也經常在任務被執行時擔任地面通訊任務。
約翰·布爾，從未執行過太空任務。
文斯·布蘭德，曾執行阿波羅-聯盟測試計畫、STS-5、STS-41-B以及STS-35任務。
傑拉德·卡爾，曾執行天空實驗室4號任務。
肯·馬丁利，曾執行阿波羅16號、STS-4以及STS-51-C任務。
飛行計畫
首次成員
1966年12月22日，美國國家航空航天局宣布了阿波羅8號任務的成員：弗蘭克·博爾曼、麥可·科林斯和威廉·安德斯。1968年7月，麥可·科林斯（Michael Collins）因為頸椎間盤突出症而做手術，被他的候補吉姆·洛威爾替代。科林斯在恢復後成為了阿波羅11號的指令艙駕駛員。
1967年9月，位於休斯敦的載人航天中心提出了一系列任務以完成登月任務。七個任務類型被提出，每個類型都對特定的太空飛行器和任務進行測試；每一個任務類型的執行都需要前一類型的成功完成。這些任務類型分別是：
A - 無人指令/服務艙（CSM）測試
B - 無人登月艙（LM）測試
C - 載人近地軌道指令/服務艙飛行
D - 載人近地軌道指令/服務艙和登月艙飛行
E - 載人指令/服務艙和登月艙繞地球進行橢圓軌道飛行，遠地點7400千米
F - 載人月球軌道指令/服務艙和登月艙飛行
G - 載人登月
主要問題
任務徽章在阿波羅計畫中的部件中，登月時
使用的登月艙導致的問題最多。當第一個登月艙模型1968年6月被運到卡納維拉爾角的時候，有超過一百個不同的問題被找到。作為登月艙主承包商的格魯門公司預測D任務中的第一部可載人登月艙最早要到1969年2月才能作好發射準備。這使整個序列被延遲。
解決辦法
阿波羅太空飛行器辦公室主任喬治·洛（George Low）於8月份提出了一個解決辦法。因為指令/服務艙會在登月艙可投入使用之前三個月準備好，宇航局可以在1968年12月進行一次只攜帶指令/服務艙的飛行任務，但不僅僅是重複阿波羅7號（載人近地軌道指令/服務艙飛行，即C任務），而是將指令/服務艙一直開到月球，甚至是繞月球飛行。這次任務被取名為“C'任務”（C-Prime Mission）。這次新任務會允許航天局測試原本要等到阿波羅10號（F任務）才能測試的程式。這次計畫的改變也有來自中央情報局擔心蘇聯於12月先於美國進行載人環繞月球飛行，以使美國在太空競賽中再次落後的原因（請參看探測器計畫）。
幾乎每一個航天局的高級管理人員都對這次新計畫表示支持態度。唯一不支持此次認為的是局長詹姆斯·韋伯。但是，當大多數人支持的時候，他也決定批准這次任務。
任務交換
飛行任務成員辦公室主任迪克·斯雷頓決定將D任務和E任務的成員互換。原計畫中D任務的指令長詹姆斯·麥克迪維特說，他從來沒被詢問過是否願意執行環繞月球的任務。即使有這樣的機會他也很可能會謝絕，因為他想操縱登月艙。而博爾曼很欣然地同意了這次互換：他原來的任務僅僅是在更高的地球軌道重複前一次任務。任務的交換也意味著太空飛行器的交換——博爾曼的新任務將使用103號指令/服務艙，麥克迪維特的任務使用104號。
最終，由於其多數工作已經被阿波羅8號和阿波羅9號完成，E任務被取消。任務指揮人員也相信第二次環繞月球的阿波羅10號能夠完成剩餘的飛行目標。
模擬器
9月9日，任務成員進入了模擬器，開始為任務做準備。太空人們太空飛行時間與訓練時間之比達1比7。儘管每個成員都對所有的操作進行了訓練，但每人的專門訓練也非常重要。作為指令長，博爾曼針對返回大氣層進行了專門訓練；洛威爾針對與地面失去聯繫後進行的導航進行了訓練；安德斯負責檢查太空飛行器是否正常運轉。
直到11月12日，美國國家航空航天局才宣布阿波羅8號在任務上的變化。此前，代理局長托馬斯·O·潘恩（Thomas O. Paine）曾簡短地談及每一種可能都會被考慮。
在發射前4個月時，博爾曼的主要擔心是任務會變得過於複雜。在土星5號的第一次載人發射，太空飛行器首次離開地球軌道以及環繞月球幾個基本任務目標之外，博爾曼拒絕了所有其他的目標，並決定在月球軌道的時間也儘可能短——十圈而已。
發射前夜，傳奇飛行員查爾斯·林白訪問了住在甘迺迪航天中心的三位太空人。林白談到了在他自己1927年著名的跨大西洋飛行前測量地球儀上從紐約到巴黎的距離，並計算全程所需燃料的經歷。林白那次飛行的全部燃料大約是土星5號每秒消耗燃料的十分之一。
土星5號火箭
阿波羅8號所使用的土星5號的序列號為SA-503，是第三台飛行的土星5號火箭。當此台火箭於1967年12月20日在火箭組裝大樓被組裝的時候，很多人認為它會被用在阿波羅6號中，將一艘無人的指令/服務艙送入太空進行測試飛行。儘管阿波羅6號遇到了若干很嚴重的問題(第1級火箭遇到了嚴重的縱向耦合振動，第2級的兩個推進器都提前關閉)，負責土星5號的馬歇爾航天飛行中心仍然對這些問題都能被解決很有信心，決定不需要再進行一次無人任務。SA-503號火箭於是被用在載人任務上。
但是，航空航天局負責人仍然增加了一些限制以提高安全係數：S-II第2級必須在密西西比測試站進行低溫測試，其他兩級需要繼續改進以適合人類飛行。1968年4月30日，火箭被重新拆成3級，第2級被送到測試站。第2級和第3級推進器的火花點火裝置也被改良。1968年5月時第1級火箭被查出存在泄漏問題，使其需要被修復。
由於此前土星5號只有過兩次發射，甘迺迪航天中心的地面人員無法按計畫完成任務。格魯曼公司的工作人員也遇到了很多登月艙的問題。登月艙被運到發射地點之後，有太多的工作仍然需要被完成，使很多人擔心計畫是否能被執行。登月艙的起飛推進器出現了泄漏現象，促使了一些設計上的修改以及部分閥門的更換。
1968年8月，整個任務都被修改了。SA-503號火箭會將太空人送上去月球的旅程；雖然不攜帶登月艙，但會攜帶與登月艙質量類似的登月艙測試器（Lunar Module Test Article，LTA）, 與阿波羅4號和阿波羅6號所使用的接近。為了加快發射前的準備工作，土星5號的很多修改都不由甘迺迪航天中心完成，而被交給專門的研究中心；只有與太空人安全有關的修改被執行。
阿波羅8號所使用的太空飛行器於1968年9月21日被放入火箭，並於1968年10月9日被拖到五千米之外的發射塔台進行測試。測試一直進行到發射的前一天。
SA-503作為阿波羅8號的火箭序列號被航空航天局有關運載火箭的部門使用。但是，與任務有直接關係的部門經常將其寫成AS-503，因為AS是Apollo-Saturn（阿波羅-土星）的縮寫；兩種序列號都在提及整個任務時被使用。-503顯示這是第3次飛行（503），使用土星5號（503）。
任務過程
發射和月球轉移軌道射入
阿波羅8號阿波羅8號發射於1968年12月21日早晨7點51分00秒（東部標準時間）。除了幾個小問題，整個發射過程幾乎是完美的。S-IC第一級推進器的表現比預計低了0.75%，使其燃燒時間比計畫中延長了2.45秒。在第二級火箭燃燒即將結束時，火箭出現了縱向耦合振動（pogo oscillation），弗蘭克·博爾曼估計振動頻率為12赫茲，振幅約為±0.25G（±2.5米/秒²）。火箭將太空飛行器送入了離地球181.5千米至191.3千米高的地球軌道，軌道周期為88分鐘10秒。太空飛行器在軌道中的遠地點也比預期稍遠，計畫中應是圓形軌道，距地球185千米。S-IC級掉入了大西洋，準確位置為北緯30度12分，S-II級掉落在北緯31度50分，西經37度17分。
接下來的兩小時38分鐘裡，3位太空人和地面指揮一直在檢查指令艙是否正常工作，並且能夠開始月球轉移軌道射入（Trans-Lunar Injection，TLI），能夠將太空飛行器開始離開地球軌道，瞄準月球軌道的一次點火。同時，3位太空人將太空艙從一個火箭有效載荷轉換成了一個太空飛行器。S-IVB第三級火箭也必須保持正常運轉狀態。前一次的無人測試中，S-IVB第三級沒能重新點火。
整個飛行過程中有三名指令艙宇航通訊員（Capcom）輪換執行與阿波羅8號聯繫的工作。一般情況下，只有指令艙宇航通訊員與太空人直接對話。麥可·科林斯是三人中第一個值班的，他在任務發射2小時27分鐘22秒後告知阿波羅8號“阿波羅8號，可以執行月球轉移軌道射入。”這個命令意味著指揮中心正式允許阿波羅8號前往月球。接下來的12分鐘裡，三位太空人檢查著太空飛行器和火箭以準備點火。12月21日15點41分38秒，S-IVB第三級火箭準時點火，並且按照計畫燃燒了5分鐘17秒。這次點火將太空飛行器的速度從近地軌道的7793米/秒軌道速度加速到10,822米/秒，燃燒結束時高度達到346.7千米。這個速度也是當時人類歷史上的記錄。
阿波羅8號燃燒完成之後，S-IVB級火箭已經完成使命，可以被丟棄了。三位太空人掉轉了指令艙以便為S-IVB級火箭拍攝一些照片，也練習了與S-IVB級火箭編隊飛行。指令艙被掉轉後，他們首次看到了他們正在遠離的地球。這是人類第一次看到地球全景。
博爾曼開始擔心S-IVB級火箭與指令/服務艙靠得太近，並向指揮中心建議進行一次分離機動指揮中心起初建議將太空飛行器對準地球，使用服務艙上的反應控制系統的推進器將太空飛行器離開地球的速度增加0.9米/秒，但是博爾曼不想很快離開S-IVB的目視距離。長時間的討論後，最終決定是仍然按照原計畫的方向點燃推進器，但速度增加2.7米/秒。討論耽擱的時間使阿波羅8號比飛行計畫慢了一小時。
發射5小時後，指揮中心指揮S-IVB子火箭從排出剩餘燃料，使其軌道改變，最終能夠飛過月球並進入太陽軌道，也就對阿波羅8號不會有任何影響。S-IVB子火箭後來進入太陽軌道，半徑為0.99至0.92天文單位，傾角為23.47°，軌道周期為340.80天。
阿波羅8號成員成為了第一批穿越范艾倫輻射帶的人類。儘管預測中輻射帶對人的影響和普通的胸腔X射線或者1微格雷（一年中，一個普通人會接受兩到三微格雷的輻射。三名太空人都穿戴了個人輻射放射量測定器以及三個膠片放射量測定器以顯示累計輻射量。任務完成時，三人平均輻射量為1.6微格雷。
飛向月球
作為指令艙駕駛員，吉姆·洛威爾的主要任務是導航員。儘管真正的導航計算是在指揮中心進行的，太空人必須準備在通訊信號中斷時自己導航並返回地球。導航員需要使用太空飛行器上攜帶的六分儀測量星星和地球（或者月球）地平線之間的距離來實現導航。事實證明這樣做是很困難的，因為S-IVB所排出的氣體形成了大塊的廢氣雲，使觀察星體變得非常困難。
阿波羅8號任務開始七小時以後，飛離S-IVB子火箭耽擱的時間以及洛威爾不甚良好的視野意味著阿波羅8號已經比飛行計畫中的時間表拖後了一小時四十分鐘。太空飛行器被改為被動熱控制，也稱為燒烤模式。這個模式使太空飛行器大約每小時沿著長軸鏇轉一圈，保證太空飛行器上平均的熱分布（在陽光直射時，太空飛行器表面溫度高達200攝氏度，而陰暗面只有零下100攝氏度）。高溫差會使隔熱板裂開或者燃料艙爆炸。由於太空飛行器正在向月球航行，真正的鏇轉無法做到，太空飛行器真正的軌道是錐形的。每半小時，鏇轉軌跡都會被調整以保證太空飛行器保持軌道。
飛行11小時後進行了第一次中期軌道糾正。地面測試顯示除非燃燒燃燒室先被“預熱”一下，服務推動系統推進器有很小的可能會爆炸。為了解決這個問題，首次糾正進行了2.4秒，使軌道航行速度增加了6.2 米/秒（計畫中將增加7.5米/秒）。氧化劑中氦氣中的一個氣泡導致燃料壓力低於計畫，使反應控制系統被使用以彌補其不足。計畫中後來的兩次中期軌道糾正由於軌道正常被取消。
由於發射前5小時三位太空人們就已經開始準備，此時他們已經連續工作十六小時。弗蘭克·博爾曼此時應進行計畫中的七小時睡眠；指揮中心決定在任何時候都至少有一名太空人保持清醒以應對可能的突發事件。電台以及通風扇持續的噪聲使睡眠變得很困難。與此同時，在太空睡覺和地球有很大不同；比如枕頭失去其應有的作用。威廉·安德斯說他有時會突然坐起，因為零重力使他有下墜的感覺。
睡眠時間開始一小時後，博爾曼要求允許服用甲丁巴比妥安眠藥，但效果不甚明顯。在博爾曼睡了七小時醒來之後，他感覺身體不適。他兩次嘔吐，並且有腹瀉症狀；這些情況使太空艙中充滿了滴狀的嘔吐和糞便。三位太空人盡了最大努力將太空艙打掃乾淨。博爾曼不想讓整個世界都知道他身體的問題，但洛威爾和安德斯仍然希望能夠告訴指揮中心。他們決定使用數據存儲設備錄下關於博爾曼情況描述,並發給了地面指揮，並“要求對錄音中的情況進行評估”。
阿波羅8號醫生和太空人之間的討論在二樓的指揮間（休斯敦指揮中心的二樓和三樓有兩件完全相同的指揮間，任務期間只使用一個）進行。討論與太空人們單獨討論後，醫生們認為博爾曼應該是患了無大礙的急性胃腸炎病毒，或是安眠藥引起了不適。目前的解釋是他患了太空適應綜合症，大約有三分之一的太空人在太空的第一天會有這種疾病；人體內的前庭系統逐漸開始適應失重環境。由於此前的水星和雙子星太空飛行器都很狹小，太空人們還沒有機會在太空飛行器里自由活動，醫生們此前並未遇到過博爾曼的情況。
任務中向月球航行的部分相對來說比較平靜，除了檢測太空飛行器在正常工作並保持正常軌道外並沒有什麼其他的工作。在這段時間內，航空航天局在發射31小時後安排了一次電視轉播。轉播中使用的黑白攝像機質量為兩千克，使用的攝像管帶有一個廣角（160°）鏡頭和一個長焦距（9°）鏡頭。
在電視轉播中太空人們帶領觀眾參觀了整個太空飛行器，還嘗試著展示在太空看到的地球。由於長焦距鏡頭的角度過小，太空人們在看不到鏡頭畫面的情況下無法瞄準地球。由於攝像機沒有合適的過濾鏡，畫面在強光下顯得過於飽滿。最後，地球上看到的地球畫面只是一個光點。十七分鐘的轉播後，太空飛行器的鏇轉使地球上的接收站無法收到太空飛行器上高增益天線發出的信號，太空人們結束了轉播，在結尾時洛威爾祝他的母親生日快樂。
此時睡眠時間表已經完全被打亂了。起飛三十二個半小時後，洛威爾開始睡覺，比計畫提前了三個半小時。不久，安德斯在服用安眠藥後也開始睡覺。
在去月球的途中，三位太空人並沒有太多的機會看到月球。矽膠封閉層上被氣化的油狀物使五個窗戶中的三個上起了霧。被動熱控制所需要的飛行姿態使在太空飛行器內看到月球變得幾乎不可能。三位太空人直到達到月球背面後才第一次看到月球。
起飛五十五小時後進行了第二次電視轉播。這次太空人們在攝像機上使用了照相機的過濾鏡，使他們通過長焦距鏡頭拍攝到地球的畫面。儘管瞄準地球很困難，太空人們在調整了太空飛行器位置之後向地球展示了歷史上第一次完整的地球電視畫面。太空人們講解了地球上可看見的部分以及可以分辨出的顏色。第二次轉播時間為23分鐘。
靠近月球
飛行時間55小時40分鐘時，阿波羅8號的三位太空人成為了第一批進入地球外天體重力影響的人類；換句話說，在這個時候，月球的重力對太空飛行器的影響比地球的大。此時，阿波羅8號距月球62377千米，以1216米/秒的速度靠近月球。由於此時太空人們仍然使用離甘迺迪航天中心發射台的距離計算太空飛行器軌道，這個歷史性的時刻並沒有引起太多的興趣。直到最後一次中期軌道糾正並點燃推進器進入月球軌道，地球都會被作為計算中的參考系使用。此時阿波羅8號離進入月球軌道還有13小時。
阿波羅8號進入月球軌道前最後一個重要的步驟就是第二次中期軌道糾正。在糾正過程中，太空飛行器進行逆行運動，將速度減慢0.6米/秒，使太空飛行器飛過月球時離月球的距離縮短。起飛後整整61小時後，太空飛行器離月球距離約為39,000千米，反應控制系統（RCS）共燃燒11秒。阿波羅8號會飛過月球表面115.4千米。
起飛64小時後，太空人們開始準備進行首次月球軌道進入。這次機動絕對不能出現差錯，並且由於軌道力學原理，軌道進入必須在月球背面上空進行，那時太空飛行器和地球沒有任何聯繫。在指揮中心進行允許進行機動的確認後，在飛行時間68小時時“架著我們能找到的最好的鳥”的阿波羅8號太空人們被告知可以進行機動。68小時58分鐘時，太空飛行器飛到了月球背面上空，與地球失去聯繫。
首次月球軌道進入開始前十分鐘時，太空人們開始檢查太空飛行器，確保所有的開關都處在正確的狀態中。然後，他們終於首次看到了月球。當時太空飛行器正飛越月球的陰影部分，洛威爾第一個看到了陽光照在月球上。當時離開始點火前只剩兩分鐘了，所以三位太空人並沒有太多的時間去欣賞景色。
月球軌道
4分鐘13秒，阿波羅8號進入月球軌道。三位太空人描述說這段時間是他們一生中最長的四分鐘。如果服務推動系統地燃燒時間稍有偏差，太空飛行器很有可能會進入一個過於扁平的月球軌道乃至於無法進入月球軌道而直接飛入太空。如果燃燒時間過長，航天很有可能墜毀在月球表面。在確定太空飛行器一切正常後，三位太空人終於有時間觀測窗外他們即將環繞20小時的月球。
此時遠在地球的指揮中心還在等待。如果燃燒沒有成功進行，或者燃燒時間不夠，阿波羅8號都會提前從繞過月球背面。幸運的是，這個情況並沒有發生。阿波羅8號按照計畫準時繞過了月球背面，此時他們已經進入了長軸為311.1千米，短軸為111.9千米的月球軌道。
阿波羅8號洛威爾繼續描述他們所飛越的月球表面。阿波羅8號的主要任務之一就是勘查計畫中的登月點，尤其是阿波羅11號的計畫登月點靜海。阿波羅8號的發射時間的選擇考慮到了到達靜海時的陽光情況。專門有一部攝像機被安置在一扇窗前，以1幀/秒的速度拍攝月球表面。由於阿波羅8號未攜帶登月艙，登月艙駕駛員安德斯的主要任務就是拍攝儘可能多有價值的照片。任務結束時，三位太空人總共拍攝了七百張月球照片以及一百五十張地球照片。
在於地球保持聯繫的一小時內，博爾曼不斷詢問服務推動系統的數據是否正常。他想確定推進器正常工作並且能夠在返回地球可能需要時使用。他還希望指揮中心在每次進入月球背面前得到服務推動系統能否被使用的通知。
在阿波羅8號第二次飛至月球近地面上空時，太空人準備了一次展示月球表面的電視轉播。安德斯描述了他們正飛越的環形山，在環繞月球軌道第二周即將完成時他們點繞了服務推動系統，進行了第二次月球軌道進入，時間為11秒。燃燒結束後，阿波羅的月球軌道縮小，長軸為114.8千米，短軸為112.6千米。
接下來環繞月球的兩周中，太空人們繼續檢查太空飛行器並對月球表面拍照。第三周時，博爾曼進行了短暫的禱告。他本來希望在位於德克薩斯州的西布魯克（Seabrook）的聖克里斯多福聖公會教堂進行午夜禱告，但由於阿波羅8號任務他沒能夠參加。博爾曼的教友，指揮中心工程師羅德·羅斯建議他在太空祈禱以替代親自去教堂。
在阿波羅8號第四次進入月球背面時三位太空人第一次看到了“地出”的景象。安德斯看見窗外有一個藍白相間的球體，發現那是地球。三位太空人立刻意識到他們應該用相機將此情景拍攝下來。安德斯拍攝的第一張照片是黑白的，後來又拍攝了更著名的彩色地出。任務結束後，安德斯和博爾曼都聲稱自己拍攝了第一張地出照片（洛威爾也這樣聲稱，但更多地是以玩笑的口吻），安德斯被認為是第一張地出照片的拍攝者。
阿波羅8號安德斯繼續拍照，洛威爾開始操縱太空飛行器以讓博爾曼有時間休息。由於太空飛行器里噪音很大，睡眠始終很困難，但博爾曼還是在接下來環繞月球的兩周里小睡了一會兒。他本來準備在詢問服務推動系統情況時起來，但被告知一切正常後又繼續休息。
博爾曼在他聽到兩位搭檔開始犯錯誤時醒來了。安德斯和洛威爾開始不理解指揮中心的問題，並要求將有些數據重複才能聽清。博爾曼發現由於三天來大家都沒能睡個好覺，每個人都極其疲倦。作為指令長，他命令安德斯和洛威爾開始睡覺，飛行計畫中其他觀測月球的任務都被取消。起初安德斯說他沒事，要求繼續工作，但博爾曼沒有改變主意。最後安德斯在博爾曼繼續將攝像機架在視窗自動拍攝月球表面後答應睡覺。博爾曼還記得計畫中的第二次電視轉播，由於太多人都在期待著觀看，他要求兩位搭檔不要睡過頭。環繞月球第七和第八周時安德斯和洛威爾在休息而博爾曼負責工作。
在環繞月球第九周時，第二次電視轉播開始。博爾曼介紹了包括他自己的三位太空人，然後是每個人講述月球給他留下的印象。博爾曼描述月球為“廣闊，寂寞，又有些難以接近的星體，或者說是廣闊的空虛”。在表述完他們正飛越的月球表面之後，安德斯說他們有一個給地球上所有人的訊息。
接下來唯一的工作就是地球轉移軌道射入，在轉播結束後兩個半小時時進行。這是整個任務中最關鍵的一次點火。如果服務推進系統不能成功點火，那么三位太空人會被困在月球軌道中，只有五天的氧氣，也沒有其他機會離開月球。跟前幾次點火一樣，這一次也是在太空飛行器飛越月球背面與地球失去聯繫時進行。
點火準時開始。太空飛行器與地球的聯繫在飛行時間89小時28分鐘39秒準時恢復，與計畫時間完全一致。通訊恢復之後，洛威爾說道“請你們聽著，聖誕老人確實存在”。地面通訊員肯·馬丁利回復道：“確認，你們是最適合發現這一秘密的人”。當時正值1968年的聖誕節。
意外的人工重新對準
阿波羅8號後來，洛威爾使用了一些閒置時間進行了一些導航觀測，使用計算機鍵盤調整太空飛行器以觀測一些星體。但是，一次錯誤的輸入清洗了電腦存儲的部分信息，使慣性測量組合認為太空飛行器正處於起飛前的相對位置，並自動啟動推進器以“糾正”其姿態。
當三位太空人意識到計算機修改太空飛行器飛行姿態的原因後，他們發現需要重新向計算機輸入數據，以告訴計算機太空飛行器的真正位置。洛威爾通過調整推進器將參宿七和天狼星對齊，花了十分鐘時間去計算出正確的數字，又用了十五分鐘將正確數據輸入計算機。
十六個月之後，洛威爾在更加嚴重的情況下又進行了一次類似的人工對準。在執行阿波羅13號任務時，太空飛行器的慣性測量組合甚至必須被關閉以節省電力。在他1994年出版的書<丟失的月球:危機重重的阿波羅13號>，在電影阿波羅13號發行後改名為《阿波羅13號》），洛威爾寫道：“我（在阿波羅8號中）接受的訓練變得非常有用！”在書中，他排除了阿波羅8號的人工重新對準是一次指揮中心要求進行的“計畫中的試驗”的可能性。羅伯特·齊默爾曼在他1998年出版的《創世記：阿波羅8號的故事》中提到，後來的多次採訪中，洛威爾證實阿波羅8號的人工重新對準確實是一次事故，而且是由他的失誤造成。
返回地球與重新進入大氣層
返回地球的過程對於太空人來說主要是一個放鬆並監視太空飛行器的過程。只要軌道專家們的計算都是正確的，太空飛行器就會在地球轉移軌道射入兩天半後進入大氣層並將落在太平洋中。
阿波羅8號聖誕節的下午，三位太空人進行了第五次也是最後一次電視轉播。這一次他們再次介紹了整個太空艙，展示了太空人的太空生活。當結束轉播後，他們在食品櫃裡發現了來自迪克·斯雷頓的聖誕禮物——塞了餡的火雞肉，以及三小瓶未開封的白蘭地。太空人們還發現了來自各自妻子的聖誕禮物。
在平靜的兩天后太空人們開始準備進入大氣層。計算機會自動控制進入過程，太空人們只需要將太空飛行器放入正確的姿態並確保太空飛行器朝上。如果計算機失靈，博爾曼將接替。
在和服務艙分離後，唯一的工作就是靜靜等待。在指令艙接觸大氣層前六分鐘，太空人們看見月球在地平線上升起，與軌道專家們的計算相符。當進入外大氣層後，他們注意到由於窗外因為太空飛行器周圍的等離子層而開始變得朦朧。太空飛行器開始減速，減速度（負加速度）最高時達到6G（59米/秒²）。計算機通過調整姿態控制著降落過程，阿波羅8號在向海面降落之前短暫地上升。在高度為9千米時漏斗形減速傘使太空飛行器開始穩定，高度降為3千米時三個主降落傘打開。太空飛行器的準確降落地點為北緯8度6分，西經165度1分。
三米高的海浪將指令艙搖來搖去，博爾曼出現不適，等待著漂浮氣囊使太空飛行器穩定。由於降落時間在天亮之前，降落43分鐘後，來自約克城號航母的第一名蛙人才到達太空飛行器。45分鐘後，三位太空人被運到航空母艦的甲板上。
指令艙目前在芝加哥科學與工業博物館，同時展出的還有洛威爾捐獻的一些在任務中使用的個人物品，以及博爾曼的太空衣。洛威爾的太空衣目前在航空航天局的格倫研究中心。
任務徽章
阿波羅8號的任務徽章中間有一個環繞著地球和月球的數字8，上面寫著三位太空人的名字。徽章背景為藍色，三角的形狀來自於阿波羅指令艙的外形。
阿波羅登月計畫
天文及航天科技
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