Ngay sau nửa đêm, từ mũi Canaveral ở Florida, tên lửa Space Launch System đưa tàu vũ trụ Orion lên quỹ đạo Trái Đất. Tại đó Orion sẽ bật động cơ để thực hiện hành trình vòng quanh Mặt Trăng, trước khi quay về và dự kiến hạ cánh xuống Thái Bình Dương sau 10 ngày; đó là kế hoạch bay.

Phi hành gia đã vượt qua phần nguy hiểm nhất là phóng từ Trái Đất và tách khỏi tên lửa đẩy. Chương trình Artemis từng gặp nhiều trục trặc, khi mốc phóng ban đầu vào tháng 3 phải hoãn vì rò rỉ hydro ở bồn nhiên liệu và sau đó do tắc đường ống heli duy trì áp suất. Các lỗi được phát hiện trong các cuộc diễn tập tổng thể với tên lửa đã nạp nhiên liệu và được khắc phục kịp thời, cho phép phóng ở cửa sổ sớm nhất đêm 1–2/4.

Cửa sổ phóng được tính toán kỹ dù khoảng cách tới Mặt Trăng gần như không đổi, vì lượng ánh sáng Mặt Trời trong hành trình là yếu tố then chốt. Orion dùng pin Mặt Trời; mang thêm ắc quy sẽ làm tăng khối lượng phải đưa lên quỹ đạo, nên quỹ đạo bay cần đi qua vùng bóng Trái Đất ít nhất có thể.

Ngoài ra còn có các ràng buộc khác cả trên không gian lẫn mặt đất: chọn thời điểm trong ngày sao cho hướng bay thẳng từ Florida đi vào cùng mặt phẳng quỹ đạo Mặt Trăng sẽ tiết kiệm nhiên liệu, và còn phải tính tới tình trạng sẵn sàng của bệ phóng.

Đây là chuyến bay kiểu này có người lái lần thứ ba: trước đó con người đã bay quanh Mặt Trăng mà không hạ cánh hai lần. Lần đầu vào tháng 12/1968, Apollo 8 với ba phi hành gia Frank Borman, Jim Lovell và William Anders là tàu vũ trụ đầu tiên rời vùng lân cận Trái Đất để vào quỹ đạo Mặt Trăng.

Trong sứ mệnh ấy, William Anders đã chụp bức ảnh nổi tiếng về Trái Đất ló dạng trên đường chân trời Mặt Trăng, biểu tượng cho cái nhìn mới về vị trí của nhân loại trong vũ trụ.