Poco dopo il successo della missione Gemini 10, Collins fu scelto inizialmente per addestrarsi come riserva per la seconda missione Apollo con equipaggio, nel ruolo di pilota del modulo lunare, e fu poi assegnato all’equipaggio primario della terza missione come pilota del modulo di comando e servizio.
Il 27 gennaio 1967, durante un’esercitazione a terra a bordo di un veicolo Apollo, morirono in un incendio tre suoi colleghi: Gus Grissom, Ed White e Roger Chaffee. Spettò a Collins il difficile compito di comunicare la morte di Chaffee a sua moglie, Martha.
A maggio del 1967, Collins e il collega David Scott furono inviati dalla NASA al Salone dell’Aeronautica di Parigi, dove conobbero i cosmonauti russi Pavel Beljaev e Konstantin Feoktistov: un evento raro in quegli anni di guerra fredda. Scott e Collins erano accompagnati dalle consorti, e la NASA inviò Collins e la moglie Patricia a Metz, in Francia, per celebrare di nuovo il loro matrimonio a dieci anni di distanza dalla prima cerimonia.
Nel 1968 Collins si accorse di avere problemi di mobilità alle gambe a causa di un’ernia cervicale. Un intervento chirurgico risolse il problema ma gli costò mesi di inattività e la rimozione dalla scaletta degli equipaggi delle missioni spaziali. Divenne il CAPCOM (radiofonista di contatto al Controllo missione sulla Terra) della missione per la quale si era addestrato e alla quale avrebbe dovuto partecipare come astronauta: lo storico volo dell’Apollo 8, la prima circumnavigazione umana della Luna.
Poco dopo il successo della missione Apollo 8, svoltasi a dicembre del 1968, fu annunciato l’equipaggio della prima missione che avrebbe tentato un allunaggio: Neil Armstrong, Buzz Aldrin e Michael Collins.