Następnym etapem było kolejne włączenie silnika trzeciego stopnia S-IVB i nadanie statkowi kosmicznemu Apollo 12 prędkości ucieczki z Ziemi i kursu na orbitę okołoksiężycową po tak zwanej trajektorii hybrydowej.W odróżnieniu od misji Apollo 8, Apollo 10 i Apollo 11 astronauci w Apollo 12 nie podróżowali po trajektorii swobodnego powrotu, która wykorzystywała grawitację Księżyca, by zawrócić statek z powrotem ku Ziemi. Zaletą tej trajektorii było względne bezpieczeństwo. Załoga mogła wrócić na Ziemię nawet w sytuacji, gdyby zawiódł system napędowy. Po trzydziestu godzinach i pięćdziesięciu trzech minutach po starcie, statek opuścił trajektorię swobodnego powrotu. Od tego momentu, jedyną siłą, która mogła sprowadzić statek z powrotem na Ziemię, był główny silnik Apollo. Lot po trajektorii hybrydowej oznaczał, że w przypadku awarii silnika, Apollo 12 co prawda zostanie skierowany ku Ziemi, jednak ominie planetę w zbyt dużej odległości, by wejść w atmosferę.Trajektoria swobodnego powrotu stanowi technicznie bardzo wygodne rozwiązanie, ale powoduje poważne ograniczenia, dotyczące wejście statku na orbitę okołoksiężycową, zawężając obszar lądowania i badań do okolic równikowych Księżyca.