19 января в 09:03:59 EST (14:03:59 UTC). Полетное задание включало: проверку системы отделения корабля от РН, системы управления «Джемини-2», отработку операций схода с орбиты, отделения от возвращаемой капсулы секции оборудования и секции ТДУ агрегатного отсека, управляемого спуска в атмосфере, проверку средств приводнения. «Джемини-2» массой 3122 кг был укомплектован системами почти полностью, за исключением катапультных кресел и радиолокатора. В кабине находились два манекена, имитировавшие дыхание и тепловыделение, а также регистрирующая аппаратура и кинокамера, которая непрерывно снимала горизонт и индикатор ориентации на пульте. Все работало нормально, кроме опытного электрохимического генератора (ЭХГ). Перед пуском не открылся впускной клапан водорода, времени на устранение этой неисправности не было, и ЭХГ так и не был включен.

Отделившись от ракеты, аппарат немедленно развернулся, сбросил секцию оборудования и всего через 7 минут 16 секунд после старта отработал тормозной импульс для схода с орбиты. Ровно через 11 минут после этого возвращаемая капсула успешно приводнилась в Атлантике в 3422 км от места запуска и в 63 км от расчетной точки. «Джемини» получил путевку в жизнь.

Траектория полета была выбрана так, чтобы проверить теплозащиту при максимальных тепловых нагрузках. В момент отсечки двигателя 2-й ступени через 352.45 сек после старта ракета находилась на высоте 160.0 км, а ее скорость составляла 7845 м/с и была больше местной круговой скорости, равной 7818 м/с. И только из-за того, что вектор скорости был преднамеренно наклонен на 2.3° вниз (ракета уже достигла максимальной высоты 171 км и шла со снижением), корабль оказался на «орбите», апогей которой (493 км) был уже далеко позади, а «перигей», если его можно так назвать, лежал на 48 км ниже уровня моря и приближался с каждой секундой.

Интересна запись, которую сделал 20 января в своем дневнике генерал Н.П.Каманин. Скорее всего, писал он, запуск «Джемини-2» оказался аварийным, и это скрывается. Почему? А потому что «не было никакого смысла в проведении суборбитального полета». Вот что такое сила слова! Формально полет «Джемини-2» был суборбитальным, а фактически ни скоростью, ни высотой не отличался от очень короткого орбитального. Пуски «Меркуриев» на «Редстоуне», когда скорость не превышала 2.4 км/с, тоже назывались суборбитальными, но не шли с «Джемини-2» ни в какое сравнение.