Его необычный вид был следствием уникальной миссии, которая значительно повлияла на конструкцию. Модуль состоял из двух секций. Это были посадочная ступень, имеющая ракетный двигатель, используемый для спуска, и посадочное шасси: эта ступень останется на лунной поверхности. Над приземистой посадочной ступенью находилась отлетающая (поднимающаяся) ступень, состоящая из кабины экипажа, в которой находилась приборная панель управления, продовольствие, кислород для дыхания и отдельная ракета, которая поднимет ступень и выведет ее назад на лунную орбиту для сближения с командным и служебным модулями. Движущей силой при конструировании лунного модуля было стремление сделать его как можно более легким. Чтобы добиться этого, были устранены какие-либо аэродинамические изгибы, а также сиденья для экипажа, ненужные в состоянии космической невесомости либо на Луне, где сила гравитации составляет всего одну шестую часть от земной. Настоятельная необходимость удалить по возможности каждый грамм веса привела к тому, что посадочная ступень была обтянута майларовой пленкой, которая была просто натянута на каркас. Стены кабины экипажа взлетающей ступени были толщиной в 0,13 мм; отвертка, которую случайно уронил рабочий, находясь в кабине во время испытаний, пробила пол насквозь.

Президент Кеннеди посетил мыс Канаверал 16 ноября 1963 года, за шесть дней до совершенного на него покушения в Далласе, штат Техас. Он прибыл туда, чтобы проконтролировать стартовую площадку «Сатурна-1» и обсудить с фон Брауном возможности этой ракеты. Он также пролетел на вертолете над лежащим неподалеку островом Мерит, где шло строительство ракетных полигонов НАСА для огромного «Сатурна-5». Кеннеди проявил большой интерес к представленным масштабным моделям ракет. «Меркурий-Атлас», которая отправила первого американца на орбиту, выглядела совершенным карликом по сравнению с «Сатурном-5». Своевременный визит Кеннеди вызвал большой энтузиазм персонала, работающего над космической программой НАСА. После трагической смерти Кеннеди его только что принесший присягу преемник Линдон Джонсон переименовал полигоны военно-воздушных сил и НАСА, расположенные на мысе Канаверал, в новый космический центр имени Кеннеди и аэропорт ВВС имени Кеннеди.

В 1965 году эксперты американской разведки тщательно проанализировали советскую космическую программу. Этот отчет был обобщен в «Разведывательной оценке обстановки» за тот год, сфокусированной на потенциале Советского Союза и его возможных достижениях в космосе в течение ближайших 5–10 лет. В этом документе отмечалось, что «советская космическая программа будет сохранять свой приоритет, ее достижения будут оставаться яркими, и она будет сфокусирована на целях, в достижении которых Советский Союз может иметь преимущество». Эти космические инициативы будут разделены на четыре раздела: лунные и межпланетные исследовательские зонды; пилотируемые космические полеты; стратегическая фоторазведка; непилотируемые автоматические полеты для научных исследований околоземного пространства. Как и в прошлом, отмечалось в «Разведывательной оценке обстановки», русские будут продолжать полагаться на военные ракеты-носители, экспериментировать с новой техникой для сближения и стыковки и продвигать планы, рассчитанные на «создание новой большой ракеты-носителя с тягой 910 т». Последний проект — завуалированная ссылка на то, что позднее стало известно как ракета-носитель Н-1, — отражал намерение русских первыми совершить пилотируемый облет Луны. Такая первая попытка была сделана уже в 1967 году.

Важным заключением «Разведывательной оценки обстановки» был тезис: русские не смогут совершить пилотируемую посадку на Луну раньше 1969 года. В этом документе был сделан вывод: «В итоге советская космическая программа находится в переходном состоянии. Насколько мы можем оценить технически реальное развитие всех текущих проектов, мы полагаем, что Советский Союз не имеет необходимых экономических и технических ресурсов для одновременного выполнения всех таких проектов». Все еще поражаясь недавним космическим достижениям русских, «Разведывательная оценка обстановки» впервые выразила некоторый скептицизм в отношении советских возможностей, определив некоторые внутренние ограничения и слабости будущих космических инициатив Москвы.

Однако никто на Западе полностью не осознал перелом и ослабевающие шансы на успех, которые будут мешать космическим успехам Москвы после 1966 года. Советский Союз продолжат держать свою космическую программу в строгом секрете, что осложняло работу аналитиков разведки США. Для американцев, стремившихся точно оценить возможности русских, это было все равно что смотреть через мутное стекло. Начиная с исторического полета Гагарина в 1961 году, русские добились целого ряда побед в космосе, которые можно обозначить словом «впервые», и поддержали тем самым широко принятое представление о своем технологическом превосходстве над американскими соперниками. Когда американцы приступили к осуществлению программы «Аполлон», провели успешные испытания своей гигантской ракеты «Сатурн» и разработали конкретный план полета на Луну, русские начали испытывать серьезный кризис руководства и технологические трудности. Советская космическая программа, как будто повторяя участь затухающей звезды, после блестящих запусков своих искусственных спутников, лунных зондов и осуществления первых в истории пилотируемых полетов будет терпеть неудачи в попытках добраться до Луны раньше американцев.

Первым серьезным ударом, имевшим колоссальные последствия, была преждевременная смерть Сергея Королёва в январе 1966 года. Все еще анонимный Генеральный конструктор был мощной центральной фигурой, который без устали трудился над тем, чтобы удерживать Советский Союз на передних рубежах новой космической эры. Он возвышался над своими современниками как волевой и прогрессивный лидер. Вместе с Вернером фон Брауном Королёв всегда предвидел, что человек будет исследовать космос, успешно разрабатывая военные ракетные программы, которые также служили достижению его цели. Однако к концу 1965 года бремя, лежащее на Королёве, значительно увеличилось. В условиях, когда в высшей степени конкурентоспособная американская программа «Аполлон» набирала силу, Королёв оказался в тяжелом положении, пытаясь сохранять советскую космическую программу жизнеспособной. Но даже для требовательного Королёва темп был слишком высок.

Его контроль над событиями в Советском Союзе был осложнен, если не окончательно разрушен, с приходом новых соперников — Владимира Челомея и Валентина Глушко, которые были полны решимости оставить свой след в советской космической программе. Челомей был талантливым конструктором ракет и возглавлял конструкторское бюро ОКБ-52. Главной сферой его деятельности были крылатые и баллистические ракеты, которые в то время являлись жизненно важным приоритетом для Советского Союза. Челомей добился покровительства Хрущева, что делало его влиятельной фигурой в обстановке соперничества, в которой осуществлялась советская космическая программа. Глушко был одно время помощником Королёва и известным специалистом в области реактивных двигателей. Всегда на заднем плане находилось советское военное ведомство, которое время от времени оказывало сильное сопротивление космической программе, считая, что она поглощает все ресурсы, которые могли бы более разумно выделяться на исследование и разработку ракет.

Частично из-за обостренных внутренних бюрократических распрей здоровье Королёва стало стремительно ухудшаться. Первые признаки надвигающегося кризиса появились в декабре 1965 года, когда он с трудом вырвал время из своего рабочего графика, чтобы пройти медицинское обследование кишечника, в котором обнаружился кровоточащий полип. Сначала и Королёв и врачи сочли, что полипы доброкачественного происхождения, от которых можно было избавиться путем несложной хирургической операции. Королёв поступил в московский госпиталь для хирургического вмешательства 14 января 1966 года, через два дня после своего 59-го дня рождения. Борис Петровский, выдающийся московский врач и чиновник, занимавший высокий правительственный пост, лично отвечал за операцию, выражая уверенность, что полипы можно без труда удалить, даже заверяя своего пациента, что он сможет продолжать свою работу еще 20 лет. В тот роковой день Петровский был спокоен и благодушен и даже назначил еще одну операцию на тот же день.