Čtyři dny na oběžné dráze a ruční přistání

Gemini 4 strávila na oběžné dráze 4 dny, 1 hodinu, 56 minut a 12 sekund — nejdelší americký let té doby, důležitý krok k několikadenním misím Apollo. Loď oblétla Zemi 62krát (66 obletů počítáno jinou metodikou vůči Cape Kennedy).

Na 48. obletu selhal palubní naváděcí počítač, když se ho McDivitt pokusil aktualizovat — nešel vypnout a nakonec přestal fungovat úplně. Plánovaný řízený („closed-loop") vztlakový návrat tak nebyl možný a posádka musela přejít na jednodušší, ruční („open-loop") valivý návrat v mercurym stylu.

Kvůli poruchovému trysku, který způsobil rychlejší než plánovanou rotaci, byl sestup drsnější, než se čekalo — posádka si ale neporanila. Kapsle přistála v Atlantiku 80 km (50 mil) od plánovaného cíle 7. června 1965 v 17:12:11 UTC (27°44′ s. š., 74°11′ z. d.) a byla vylovena letadlovou lodí USS Wasp.