Запуск — 4 декабря 1965 года, в 2:30. Длительность: 13 дней 19 часов. Второй рекорд длительности полёта, установленный американскими астронавтами. Высота орбиты — 327 км. Корабль совершил 206 витков вокруг Земли.
Первое сближение двух космических аппаратов. В программу полета входил ряд медицинских экспериментов, а также сближение с Джемини-6A. После сближения с Джемини-6A оба корабля на протяжении трех витков совершали маневры, находясь на расстоянии от 90 до 0,3 м друг от друга. Программа полёта выполнена. Результат полёта подтвердил возможность длительного нахождения человека в невесомости.
Посадка — 18 декабря 1965 года. Корабль приводнился на расстоянии 11,8 км от расчётной точки.