A Gemini-10, miután összekapcsolódott az Agena célrakétával, 763 km-es magasságban megközelítette a még a Gemini-8 által „fenn hagyott” Agenát is.
Ebben a fázisban következett egy viszonylag egyszerű feladat, az első űrhajón kívüli tevékenység végrehajtása. A szakirodalom SEVA (stand up EVA – felállva végzett űrhajón kívüli tevékenység) néven említi ezt a fajta űrműveletet: az űrhajósok kinyitották a Gemini ajtajait, majd Collins felállt az üléséből, derékig kiemelkedve a kabinból, közben fénykép- és infravörös felvételeket készített.
A kabin visszazárása után következhetett a második randevú és a második űrséta. Először egy fékezéssel lejjebb ereszkedtek a Gemini-8 Agenájának pályájára, majd radarral befogták, végül megközelítették az immár meghajtás nélkül sodródó űrszemetet. (Armstrongék „majdnem lezuhanása” után automatikus üzemmódban mindenféle manővert próbáltak ki az Agenával, hogy végérvényesen tisztázzák: nem volt-e része az ember nélküli eszköznek is a kudarcban, kifogyasztva a hajtóanyagot is.) A két űrhajó 3 méterre állapodott meg egymástól a randevúmanőverek végeztével – dokkolásra nem került sor. Bár eredetileg a Gemini-10-re nem is terveztek űrsétát a szakemberek, de a másik Agena megközelítésével felmerüt, hogy Collins elvégezhetné, amire Scottnak annak idején nem nyílt lehetősége: a célrakéta oldalára szerelt mikrometeorit-gyűjtő lapkát kellett visszahozni. A négy hónappal korábbi repüléshez egy fém lapot erősítettek a rakéta oldalára, amely a földközeli űrben repkedő apró meteoritokat gyűjtötte volna be. Az extrém módon megnövekedett kísérleti idő értékessé tette a kis fémlapkát, ezért Collinsnak is beterveztek egy űrsétát. A sikeres randevú után pedig nem volt más hátra, mint besöpörni ezt a kisebbfajta űrelsőséget is, hiszen először hozott vissza ember egy korábban űrbe juttatott, ember készítette tárgyat.
Collins nagyon megszenvedett a sikerért. A mindössze 33 másodperces űrsétára egy az Ed White által kipróbált rakétapisztollyal indult. Rendben le is szerelte a kis lapot az Agena törzséről és sikeresen vissza is jutott a kabinba. De neki is nagyon hiányoztak a kapaszkodók és lábtartók; a rakétapisztoly gáztöltete sokkal hamarabb kifogyott, mint kellett volna. Mindez őt is olyan erőfeszítésre késztette, amely fizikai teljesítőképességének határát jelentette. Mi sem jellemzőbb, minthogy – Cernanhez hasonlóan – az ő szíve is elérte a 180-as ritmust. Az űrséta tehát még mindig megoldatlan probléma volt a NASA háza táján, az űrhajósok a legrövidebb művelet során is szó szerint halálosan kimerültek.
A félsikerű második randevú után hamar vége is szakadt a repülésnek. Ekkor ütött vissza az első randevúnál elhasznált háromszoros üzeamanyag-mennyiség. A repülés végső szakaszában már csak sodródott a kabin, a leszálláshoz szükséges fékezés végrehajtására kellett az összes megmaradt hajtóanyag. Ezért (és mivel az összes kitűzött célt teljesítette a Gemini-10) a 43. keringésben le is szállt az űrhajó. Két nap 22 óra 46 per 39 másodperces repülés után Young és Collins az Atlanti-óceánba csobbant.
A NASA ezúttal néhány sikert is bezsebelt, de pár kérdés változatlanul megoldatlanul tornyosult a holdutazás előtt. Igaz a siker/kudarc arány erőset javult ezzel a küldetéssel. De még mindig több kellett. A megoldás a még hátralevő két repülésre maradt.
Kapcsolódó cikkek:
Kettős randevú: 40 éve repült
a Gemini-10 (1. rész)
A Gemini program középső szakasza igen felemásra sikeredett: világraszóló sikerek és fájó kudarcok jellemezték egyszerre. Ideje volt már, hogy valami sikerüljön is. A Gemini-10 ennek jegyében szállt fel, de szándék ide vagy oda, a sikerek csak lassan szaporodtak.
