1965年12月4日，美国“双子星座”7号飞船进入太空，绕地球飞行10天。12月15日，“双子星座”6号飞船进入太空，绕地球两圈时，与7号飞船开始交会试验，在同一轨道以同一速度飞行，有时相距仅10厘米左右，实现了世界上第一次有人飞船空间交会，进行空间轨道编队飞行。这使载人飞船的军事应用的价值大大增加，这也意味着，载人航天器可以联合完成军事任务。基于安全考虑，两艘飞船并没有进行接触和对接，由航天员各自驾驶飞船进入自己的太空轨道，并分别于16日、17日返回地面。
“双子星座”是美国用于在近地轨道飞行的双座航天飞船系列的名称，也是飞船本身的研制、飞行和考察计划的名称。美国从1961年11月开始实施可以载两名航天员的“双子星座”载人飞船计划。“双子星座”号飞船是美国研制的第二代载人飞船，它外形与“水星”号飞船十分相似。但是，由于要求它飞行的时间长，达到的试验目的较多，特别是试验登月需要的交会对接技术等，因此它比“水星”号飞船也复杂得多。
“双子星座”飞船在“水星”飞船的基础上改进而成：取消救生塔改用弹射座椅救生；增加设备舱、交会对接控制系统、对接装置、航天员舱外活动设备；改进轨道机动系统。“双子星座”飞船由双座的密封舱（回收装置）和装有各种设备及反推发动机的可分离非密封舱组成。由三个舱段组成：第一个是载人舱，采用弹射座椅作为主动段飞行和返回着陆的应急救生设备；第二个是发动机舱，内装4个固体燃料制动发动机及推进剂等；第三个是设备舱，内装燃料电池、氧气瓶、姿态控制系统等。生命保障系统可供14昼夜用。船载仪器能源是燃料电池；着陆方式为水上溅落；飞船用“大力神”2号运载火箭发射。
1961年11月进行飞行实验，1965年3月23日发射的“双子星座”3号飞船是美国首次进行载人飞行。1965年6月30日发射的“双子星座”4号飞船，实现了美国航天员首次舱外活动。美国“双子星座”8号与飞行器“阿金纳”火箭于1966年3月6日对接，是世界上首次实现两个航天器对接，但因错开了一台火箭发动机，使飞船乱滚乱跳。被迫紧急返回。后来“双子星座”飞船有多次与其他航天器实现了会合、对接以及编队飞行，其目的是为了给“阿波罗”飞船提供飞行经验，准备各种技术条件与提供经过训练并富有实际飞行经验的航天员。“双子星座”飞船是军民共用的，比如，“双子星座”7号在飞行中两名航天员用红外遥感仪对一枚从潜没的“富兰克林”号潜艇上发射的“北极星”A-3导弹进行跟踪观察，长达3分钟，并进行了摄影。