Ông bay vào không gian trên phi thuyền Aurora ngày 24 tháng 5 năm 1962, vào lúc chuyện du hành không gian vẫn còn mới mẻ và được cả nước Mỹ say mê theo dõi.
Ông bay vòng quanh quỹ đạo trái đất ba lần và đã làm cơ quan NASA hú vía lần đầu tiên.
Do nhiều vấn đề kỹ thuật và do nhiên liệu ở mức thấp, phi hành gia Carpenter phải làm các thao tác bằng tay, thay vì tự động, để đưa phi thuyền trở về trái đất.
Phi thuyền của ông hạ cánh xuống vùng biển Caribê, cách nơi dự kiến đến 465 kilomét.
Hàng triệu khán giả truyền hình nín thở, không biết ông có qua nổi con trăng đó hay không, cuối cùng, Hải quân Mỹ đã mò ra ông.
Sau đó ông không bay vào không gian, nhưng đến năm 1965, ông sống dưới đáy biển Thái Bình Dương trong một tháng trên khoang của phòng thí nghiệm Sealab.
Các chuyến bay của ông đã được viết sách và quay phim.