新型探测器经过1年多的研制后，于1965年5月开始亮相，这种探测器重达1～1.5吨，从远处看就像一架直升机，上面装备有电视摄像机、测定月面承载能力的仪器、月球土壤分析设备、微流星体探测器等。
从1965年5月到1968年1月，美国共发射了7个“勘测者号”探测器，除“勘测者2号”探测器由于姿态控制发动机突然失灵坠毁于月面、“勘测者4号”探测器在预定着陆点撞毁外，其余都在月面平稳地实现了软着陆。其中“勘测者”3号和7号在原有装置的基础上，还携带了一个小型挖土机，它可对月球土壤进行分析，并把分析结果传回地面。分析结果清楚地告诉人们：在探测器着陆区附近多为玄武岩状物质，飞船在此降落绝不会沉陷下去，人在月面上行走，也不需要穿雪鞋。“勘测者7号”第一次用带偏振滤光片的摄像机对月面摄像，还用摄像机拍摄了发自4个地球站的激光信号，测出了精确的地月距离。
为尽快完成“阿波罗号”飞船登月前的准备工作，美国采取兵分2路的办法，在“勘测者号”实地考察的同时，另一种月球轨道环行器则在绕月轨道上拍摄月球表面的详细地形照片，绘制细微部分的月面图，为“阿波罗号”飞船选择最安全的着陆点。
月球轨道环行器1号、2号、3号的任务是在围绕月球“赤道”的低轨道上飞行。其中月球轨道环行器2号的轨道最低时达到距离月面394米的高度，它用广角照相机拍摄到了许多清晰可见的月面照片，这些照片有许多至今还被完好无损地保存着。3个环行器共对40多个预选着陆区进行了拍摄，获得了1000多张高清晰度的月面照片，美国据此选出约10个候选登月点。
由于前3个月球轨道环行器高质量地完成了任务，已研制成的月球轨道环行器4号、5号只好“另谋高就”，改为执行别的任务。它们在绕月球极轨道上飞行，拍摄更大面积的月球表面照片，并监视近月空间的微流星体和电离辐射。
5个轨道环行器在1年时间里，对月面上99％的地区进行了探测，拍摄了大量高分辨率的照片，获得了月球表面的放射性和矿物含量等大量资料以及有关月球引力场等数据。最后，5个月球轨道环行器撞在月面上“以身殉国”。
有了“徘徊者号”、“勘测者号”和月球轨道环行器获得的这些月球情报以及1965～1966年10次“双子星座号”载人飞船飞行获得的经验，美国载人登月行动已是箭在弦上，顷刻即发。
苏联、美国的月球探测获得了无价的月球样品、数据和探月经验，大大促进了人类对月球、地球和太阳系的认识，带动了一系列基础科学与应用科学的创新和发展。
月球探测带动了月球科学，尤其是月球地质学的发展。人类第一次对除我们居住的地球之外的天体有一个系统的了解，包括对物理特性、轨道参数、空间环境、表面结构与状态、矿物岩石与化学组成、内部物质构成等的了解。
月球探测还催生了一些新的学科如比较行星学。大量探测数据和样品分析结果，使得对地球与月球的详细比较研究成为可能，并依此延伸到探测数据有限的其他行星的对比研究，极大地加深了人类对其他类地行星的认识。同时，由于在地球上研究地球不可避免地会导致“近视”，要完全了解我们居住的星球，必须研究其他行星，比较其异同之处，因此月球探测科学研究也促进了地球科学的发展。
