奥尔德林先爬进了登月舱，之后两名宇航员一起用一种叫做月面器材传送带的扁平索滑轮装置费力的将拍摄的胶片和2个装有21.55公斤月面样本的盒子运进登月舱。阿姆斯特朗随后跳上爬梯的第三级，并爬进了登月舱。为了减轻登月舱上升级的重量以返回绕月轨道，两名宇航员在转换到登月舱上的生命保障系统后，开始将宇航服上的PLSS（便携式生命保障系统）背包、月面套鞋、相机和其他一些设备抛弃在月面上。之后他们重新对登月舱加压，接着就去睡觉了。

在进入客舱时，奥尔德林不小心碰坏了解除上升级主发动机保险的开关，最初人们担心没有这个开关将无法点燃引擎，以至于把宇航员们困在月球上无法返回。幸运的是这个开关用一个圆珠笔就可以打开，如果不是这样，宇航员们就得重新设置登月舱的电路以点燃上升级发动机。

在休息了约7个小时以后，指挥中心叫醒了两名宇航员并指示他们进行回航准备。又过了两个半小时，UTC17：54时，他们乘坐鹰号上升级离开月面返回绕月轨道与指令仓哥伦比亚号上的指令仓驾驶员迈克尔·柯林斯会合，随他们返回的还有21.55公斤的月面样本。

在月面上的两个半小时左右的时间里，宇航员们放置了许多科学仪器，比如月面激光测距实验使用的反射器阵列等。他们留在月面上的还有：一面美国国旗和一个纪念牌（安置在登月舱下降级爬梯上），纪念牌上画有2幅地球的图像（东半球和西半球）、题字、宇航员的签名和理查德·尼克松的签名。纪念牌上的题字为：公元1969年7月，来自地球的人类第一次登上月球，我们为全人类的和平而来。

登月舱上升级上的影片记录显示，在起飞阶段时，放置在离下降级25英尺（7.6米）远的美国国旗被上升发动机喷出的气体猛烈吹动。随着降落场慢慢离开视野，旗子似乎已经倾倒，但是否倾倒谁都不确定（但据奥尔德林说：“登月舱的上升级与下降级分开...我当时正盯着电脑，尼尔正看着高度表，但我还是看了一眼，发现旗子倒了。”）。在阿波罗11号之后所有登月飞船放置在月面上的美国国旗都至少离开登月舱100英尺，以避免被上升发动机吹倒。

在与哥伦比亚号会合之后，鹰号登月舱被抛弃并留在绕月轨道上。据国家航空航天局报告称，鹰号的轨道逐渐降低最终在“某一地点”与月球相撞。