Lançamento
Enquanto a Apollo 4 teve um vôo perfeito, a Apollo 6 teve problemas logo desde o início. Dois minutos após o vôo, o foguete sofreu oscilações severas do Pogo por cerca de 30 segundos. Várias partes do foguete começaram a vibrar como um garfo oscilante. Isto incluiu os tubos de combustível. Estas vibrações causaram danos à peça que uniu o Módulo de Comando e o Módulo Lunar ao Saturn V. Várias peças caíram durante o lançamento.
Depois que a primeira etapa foi concluída, a segunda etapa do S-II começou a ter seus próprios problemas. O motor número dois (de cinco) teve problemas 225 segundos após a desmontagem. Piorou aos 319 segundos, e depois aos 412 segundos o motor desligou. Dois segundos depois, o motor número três também desligou. O computador de bordo foi capaz de fazer alterações e os outros motores queimaram por 58 segundos a mais do que o normal. O terceiro estágio do S-IVB também teve que queimar por 29 segundos a mais do que o normal. O S-IVB também não funcionou corretamente.
O primeiro estágio S-IC caiu de volta à Terra no Oceano Atlântico ao leste da Flórida (30°12′N 74°19′W / 30.200°N 74.317°W / 30.200; -74.317), enquanto o segundo estágio S-II caiu ao sul dos Açores (31°12′N 32°11′W / 31.200°N 32.183°W / 31.200; -32.183).
Orbit
Por causa dos problemas de lançamento, o foguete não atingiu a altura planejada. Após duas órbitas, a terceira etapa, S-IVB não seria reiniciada. Foi decidido usar os motores do Módulo de Serviço Apollo para colocar a nave em uma órbita mais alta, como havia sido feito na Apollo 4. Ela queimou por 442 segundos (mais do que jamais dispararia em uma missão lunar) para chegar às 11.989 milhas náuticas (22.204 km) de altura planejadas. Não havia combustível suficiente para acelerar a reentrada atmosférica. A nave espacial só entrou na atmosfera a uma velocidade de 33.000 pés por segundo (10.000 m/s) em vez dos 37.000 pés por segundo (11.000 m/s) planejados de um retorno lunar. Entretanto, isto havia sido demonstrado na Apollo 4.
Dez horas após o lançamento, ele pousou a 43 milhas náuticas (80 km) do ponto de aterrissagem planejado no Oceano Pacífico Norte, ao norte do Havaí, e foi levantado a bordo do USS Okinawa.
A órbita da S-IVB diminuiu três semanas depois, e voltou a entrar na atmosfera em 25 de abril de 1968.
Embora a Apollo 6 não atingisse as velocidades em qualquer direção, foi considerada bem sucedida o suficiente para voar com astronautas no próximo Saturno V. Isto orbitaria a Lua ao invés da órbita terrestre planejada para a Apollo 8. Em vez disso, o próximo vôo, a Apollo 7, que não usava um Saturn V, testou um módulo Apollo tripulado na órbita da Terra.