Его первым космическим полетом был Gemini 10, в котором он и пилот Джон Янг провели два сближения с разными космическими кораблями, а Коллинз совершил два выхода в открытый космос.
Коллинз присоединился к третьей группе из четырнадцати астронавтов в 1963 году.