Третьим отсеком был цилиндрический контейнер для грунта, взятого с поверхности Луны. В контейнере с одной стороны имелось приемное отверстие, герметично закрываемое специальной крышкой после помещения в него лунной породы.

Кроме всего прочего, на посадочной ступени был установлен вымпел, а на спасаемом аппарате — знак государственной принадлежности.

Станция "Е-8-5", как и "Е-8", была достаточно тяжелой — 5725 кг. Аппарат должен был сначала выводиться на орбиту вокруг Земли. Для этого использовалась ракета "Протон-К" ("УР-500К").

Схема полета от момента старта с Земли и до посадки на Луну полностью повторяла схему полета станций с луноходами за исключением того, что существовали жесткие ограничения по выбору мест посадки. Эти ограничения диктовались условиями прямого старта возвратной ракеты к Земле после забора грунта. При этом время старта возвратной ракеты также имело жесткие временные рамки.

Через 588 секунд после старта отключался двигатель третьей ступени и запускался разгонный блок 11С824 (блок "Д" от ракетного комплекса "Н1-ЛЗ"). На 958-й секунде аппарат "Е-8-5" с блоком "Д" выходил на околоземную орбиту. Через 35 минут после запуска раскрывалось посадочное устройство станции, через 66 минут — проводилась ориентация комплекса, через 70 минут — двигатель блока "Д" запускался повторно и переводил станцию на траекторию полета к Луне. В ходе перелета предусматривались две коррекции. Через 4 суток 7 часов после старта "Е-8-5" выходила на окололунную орбиту с высотой 120 км и периодом обращения 2 часа. Через сутки должна была проводиться первая коррекция для снижения над выбранной точкой посадки до высоты 20 км, а еще сутки спустя — вторая с целью подправить плоскость подхода аппарата к точке посадки. Наконец через 7 суток 16 часов запускалась тормозная двигательная установка, и 6 минут спустя станция совершала посадку на поверхность Луны.

После забора образца лунного грунта и через 8 суток 18 часов после взлета с Земли со станции к Земле стартовала верхняя ступень, а через 11 суток 16 часов ее спасаемый аппарат совершал посадку на территории Советского Союза.

Однако в космонавтике часто происходит все не так, как планируется.

16 июня 1969 года во время первого старта станции "Е-8-5" № 402 не произошел запуск двигательной установки блока "Д". Причиной была ошибка в схеме системы управления — при сбросе среднего переходника блока "Д" произошло размыкание бортовой цепи, из-за чего не прошла команда на запуск двигателя. Станция погибла.

И вот — 13 июля 1969 года. В 2 часа 54 минуты 41 секунду по времени Гринвича стартовала станция "Е-8-5" № 401, получившая в официальных сообщениях наименование "Луна-15". Вслед за ней 16 июля в 13 часов 32 минуты из Космического центра имени Кеннеди был запущен "Apollo 11".

17 июля ровно в 10 часов "Луна-15" вышла на селеноцентрическую орбиту. А дальше в официальных сообщениях ТАСС о полете аппарата начались судорожные метания. Сначала сообщалось о двух коррекциях, проведенных 19 июля. Однако в итоговом сообщении ТАСС о полете станции значились коррекции 18 и 19 июля, как это и должно было быть по плану. Странно выглядела и орбита станции после первой коррекции: вместо круговой высотой 120 км она была эллиптической с апоселением в 221 км и периселением в 95 км, хотя период обращения (2 часа и 3,5 минуты) был близок к расчетному. Вторая орбита практически соответствовала расчетной.

Так или иначе, но 19 июля к Луне прибыл "Apollo" и в 17 часов 22 минуты вышел на селеноцентрическую орбиту.

Если исходить из расчетной программы полета и итогового сообщения ТАСС, то первый возможный момент посадки у советской станции наступил 20 июля около 19 часов.