双子星座计划的首次载人检验
1965年3月23日，维吉尔·格里索姆与约翰·杨乘双子星座3号从佛罗里达肯尼迪角升空，环绕地球三圈后在大西洋溅落。这是美国双子星座计划首次载人任务，主要检验飞船支持两人共同工作的能力，并演练轨道机动、人工控制再入和海上回收。
美国国家航空航天局（NASA）把这次短期飞行作为长期驻留与空间交会任务的准备。计划办公室曾考虑延长航程，但当时测控网的覆盖条件更适合三圈飞行。原拟携带的交会评估装置于1965年1月被取消，任务改用飞船自身的推进系统验证机动能力。
飞船、火箭与地面准备
麦克唐纳公司在圣路易斯制造并测试飞船，马丁公司在巴尔的摩完成双子星座运载火箭3号的装配与检查。飞船于1965年1月4日运抵肯尼迪角，随后接受模拟轨道无线电环境下的通信测试及推进系统检查；2月17日，飞船与火箭完成机械连接。
格里索姆与杨参加模拟训练和任务准备审查。3月18日完成模拟飞行测试后，工程与飞行准备委员会继续核验系统状态。任务由肯尼迪角控制中心负责控制，戈登·库珀担任当地宇航员通信联络员；休斯敦新控制中心到下一次双子星座4号任务才接管飞行控制。
发射与舱内故障处置
发射日，一级火箭氧化剂管路泄漏造成一次24分钟的倒计时暂停。技术人员处理接头后确认泄漏停止，美国东部标准时间9时24分，火箭从19号发射台升空。约5分54秒后，飞船进入轨道，初始近地点约161公里、远地点约226公里。
第一圈飞行约20分钟时，杨发现氧气压力仪表突然下降。他同时注意到其他仪表读数异常，判断问题可能来自仪表电源，随即切换到备用电源变换器。异常读数消失，整个处置约用45秒，避免了将仪表供电故障误当成供氧系统故障。
三次机动与科学实验
飞船的轨道姿态与机动系统（OAMS）可改变飞行速度和方向。发射约一个半小时后，格里索姆进行75秒的推进器点火，使速度降低约每秒15米，轨道趋于圆形。第二次机动检验横向运动并小幅改变轨道平面，第三次则降低近地点，为制动火箭失效时仍能返回大气层提供保障。
科学实验的结果并不一致。海胆卵细胞生长实验的操作手柄折断，未能按计划进行；杨完成了血液样本辐射实验，但飞行与地面对照样本的差异尚不足以确定作用机制。再入时还进行喷水改善通信黑障的试验，高流量喷水期间，地面收到了飞船的部分无线电信号。
参考：[1]
再入与海上回收
飞船在起飞后4小时33分23秒启动制动火箭，进入返回程序。实际气动升力低于风洞试验所预测的数值，着水点偏离预定位置。主伞展开后，飞船从单点悬挂转为两点悬挂的冲击还使两名乘员撞向前方，格里索姆的面罩受损。
同日东部标准时间14时16分31秒，飞船在大西洋溅落，从发射到着水历时4小时52分31秒。格里索姆释放被风拖曳的降落伞，防止船首继续被拉入水中。海军人员装好漂浮围圈后，两名乘员离舱乘直升机前往“无畏”号航空母舰，随后接受医学检查和持续数日的技术汇报。
从飞行成功到制导误差分析
任务完成了双人载人飞行和轨道机动等主要目标，同时留下仪表、实验装置及再入性能方面的改进材料。飞行后的制导分析并未把安全返回视为所有系统均已准确工作：TRW研究人员杰克逊与安德斯把遥测数据同外部跟踪记录比较，重建了上升与再入轨迹。
1965年5月的分析报告指出，惯性测量装置存在俯仰方向误差，飞后测试将其归因于Y轴陀螺故障；部分加速度计误差还与校准数据的采用有关。报告同时判断，惯性装置误差对总落点偏差的贡献较小。这些结果把飞行中成功执行的操作与飞后发现的测量问题区分开来，为后续任务改进制导提供了依据。