Nachdem alle vorangegangenen Apollo Testflüge lediglich sehr begrenzte Missionsziele gehabt hatten, überwiegend dienten sie noch der Erprobung der Saturn Rakete, sollte mit AS-​201  erstmals eine Apollo Kapsel durch die Atmosphäre zur Erde zurückkehren. Das Raumschiff mußte unter Beweis stellen, daß es in der Lage war, die beim Wiedereintritt und der Wasserung auf See auftretenden Belastungen zu überstehen. Verbunden mit diesem Test war natürlich auch die Generalprobe der entsprechenden Stabilisierungs-​, Fallschirm– und Auftriebssysteme, kurzum aller ab Einleitung des Retromanövers an der Landung beteiligten Systeme. Auch das Zusammenwirken von Flugleitung und Bergungsmannschaften konnte erstmals im Apollo Programm getestet werden. Und natürlich war AS-​201 der Jungfernflug der neuen Saturn IB Rakete. Diese verfügte über eine verbesserte Grundstufe der bisherigen Saturn I und eine neue Zweitstufe S-​IVB, wie sie auch für die Saturn V vorgesehen war. Da die Saturn IB auch über die Instrument Unit und den SLA Nutzlastadapter der Saturn V verfügte, eignete sie sich vorzüglich zur Vorbereitung der bemannten Mondmissionen. Allerdings ließ ihre geringere Nutzlastkapazität lediglich den Transport entweder des Apollo CSM oder des LM auf eine Erdumlaufbahn zu. Am 20.02.1966 wurde der Countdown für den Start der ersten Saturn IB aufgenommen. Doch Wetterprobleme zwangen zu einer Verschiebung des für den 23.02.1966 geplanten Starts um drei Tage. Nachdem der Countdown wieder aufgenommen worden war, gab es eine ganze Kette technischer Probleme, die mehrfach dazu zwangen, den Countdown anzuhalten. Dann blieb die Uhr bei T-​3 s stehen. Zu geringer Heliumdruck verhinderte die Zündung der Erststufentriebwerke. Nachdem der Start wegen dieses Problems zwischenzeitlich sogar abgesagt worden war, konnte der Countdown aber doch wieder aufgenommen werden. Am 26.02.1966 um 16:12 UTC hob AS-​201  von LC-​34  auf Cape Canaveral ab. Planmäßig erfolgten die Abtrennung von LES Rettungssystem sowie erster und zweiter Stufe. Allerdings wurde der Brennschluß der S-​IVB Stufe erst mit 10 s Verspätung initiiert, woraufhin auch die meisten der folgenden Ereignisse mit derselben Verzögerung ausgelöst wurden. Doch das Apollo CSM-​009  befand sich nun auf einer ballistischen Flugbahn. Zwei Zündungen des Apollo SPS Triebwerks sollten für einen raschen Wiedereintritt mit hoher Geschwindigkeit sorgen. Die erste Zündung dauerte 184 s, die zweite nach einer kurzen Pause nochmals 10 s. Apollo bewegte sich nun mit 8.100 ms^–1 . Jetzt wurde das CM Modul abgetrennt und orientierte sich mit dem Hitzeschild voran zur Erde. Nach einem Flug von 0:37 h wasserte die Kapsel am 16.02.1966 um 16:49 UTC nahe Ascension Island im Atlantik. Die Flugdistanz hatte 8.472 km betragen. 48 min später nahm der 72 km entfernt wartende Hubschrauberträger USS „Boxer“ die Kapsel an Bord. Der Flug hatte die Techniker mit einer Flut von Meßwerten versorgt. Noch nie waren soviele Sensoren bei einem Erprobungsflug eingesetzt worden, 545 in der Erststufe, 470 in der Zweitstufe, 300 in der Instrumenteneinheit und 607 im Apollo Raumschiff! Diese Daten erwiesen sich als sehr hilfreich, denn der Flug war nicht störungsfrei verlaufen. 80 s nach der Zündung des SPS war es zu einem Druckabfall von 30% gekommen, da Helium aus dem Drucktank über die Oxidatorzuleitung in die Brennkammer geraten war. Das führte zu einer um 200 ms^–1  zu geringen Wiedereintrittsgeschwindigkeit. Der Ausfall elektrischer Systeme sorgte dann auch noch für den Verlust der Steuerungskontrolle und zu einem unstabilisierten Wiedereintritt. Doch die Probleme waren nicht wirklich gravierend und konnten rasch behoben werden.
Der Flug von AS-​201  (Flugnummer) trug übrigens keine offizielle Apollo Nummer. Definitiv falsch ist die gelegentlich gebrauchte Bezeichnung Apollo 2. Nach der Katastrophe von AS-​204  (geplant als Apollo 1), vergab die NASA die Apollo Flugnummern neu. Intern erhielt der Flug AS-​201  daher nachträglich die Bezeichnung Apollo 1, offiziell wurde diese Bezeichnung jedoch nie verwendet.