Mitchell, Alan Shepard in Stuart Roosa so sestavljali tretjo astronavtsko ekipo, ki je pristala na Luni. Osvojili so jo 5. februarja 1971 po načrtu, prvotno ustvarjenem za misijo Apollo 13.
Mitchell je bil zadnji še živeči član misije. Shepard je umrl leta 1998, Roosa pa leta 1994.
Misija je postavila rekord v najdaljši premagani razdalji na Luni in največjem tovoru, prinesenem z nje, saj so s seboj vzeli za 43 kilogramov kamnin. Prav tako so na Luni ostali rekordnih 33 ur, pri čemer so se dvakrat sprehodili zunaj plovila.
Na prvih barvnih posnetkih, poslanih z Lunine površine, je Shepard udaril žogico za golf.
Po koncu kariere v Nasi je Mitchell ustanovil Inštitut za nadnaravne znanosti, ki se ukvarja predvsem s paranormalnimi in psihološkimi aktivnostmi ter študijami še nepojasnjenega. Mitchell je tudi javno spregovoril o tem, da verjame v nezemljane in zdravljenje s pomočjo vere.
Leta 2011 ga je doletela tožba države, saj je nameraval na dražbi prodati kamero, ki jo je uporabljal na misiji. Pozneje je pristal na donacijo kamere muzeju Smithsonian.
