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La seconda fase prevedeva una procedura di accensione eseguita per due volte che variava a seconda dei diversi lanci del Saturn V. Per le prime due missioni del razzo, avvenute senza equipaggio, prevedevano una accensione degli otto motori di controllo per 4 secondi al fine di preparare l'accesione dei cinque motori J-2 principali. Per le prime sette missioni con equipaggio, soltanto quattro motori di controllo vennero accesi ed infine per le ultime quattro missioni, i motori non utilizzati vennero rimossi.
Circa 38 secondi dopo l'accensione del secondo stadio, il sistema di guida del Saturn V iniziava una sequenza di istruzioni pre-registrate per effettuare un controllo sull'assetto e sulla traiettoria del complesso. Se il computer di bordo rilevava che il razzo era fuori dai margini accettabili per la traiettoria, l'equipaggio poteva scegliere di annullare la missione o prendere manualmente il controllo.
Il secondo passo della procedura consisteva di separare la gonna inter-fase, circa 30 secondi dopo aver lasciato al primo piano. Questa manovra necessaria una separazione di alta precisione, perché non era dei motori chiave di inter-stage, sapendo che ha trascorso solo un metro di essi. Allo stesso tempo, la fase inter parted, il pacchetto di salvataggio è stata abbandonata. Questo sistema è stato progettato in caso di guasto del razzo durante la fase di lancio.
Circa 90 secondi prima della separazione del secondo stadio, il motore centrale di spegneva per ridurre le oscillazioni longitudinali, note come "[[effetto pogo]]". Un sistema per la sua riduzione era stato impelemntato a partire da [[Apollo 14]] ma comunque è rimasta prassi spegnere il motore in anticipo.
Circa 38 secondi dopo l'accensione del secondo stadio, il sistema di guida del Saturn V andato da un istruzioni pre-registrata per l'atteggiamento del sistema di volo di guida in un ciclo controllato dagli strumenti della baia di attrezzature, in modo tale che accelerometri e uno strumento per la misurazione dell'altitudine. Se il computer di bordo stavano prendendo il razzo fuori dalla portata dei percorsi accettabile, l'equipaggio potrebbe o annullare la missione o prendere il controllo del programma di avvio utilizzando un tubo di sterzo rotativo situato nella capsula.
Al momento della separazione, il secondo stadio si spegneva e un decimo di secondo dopo veniva acceso il terzo stadio. Dei retrorazzi montati sul piano superiore del secondo stadio, favorivano la separazione portandolo velocemente a distanza. Il secondo stadio precipitava a circa 4.200 km dal sito di lancio.
Circa 90 secondi prima che la separazione del secondo piano, il motore centrale si spegne per ridurre le oscillazioni longitudinali noto come "effetto pogo". Un sistema per la rimozione del pogo effetti è stato stabilito da Apollo 14, ma il motore centrale è sempre stato spento in anticipo. All'incirca nello stesso tempo, il flusso di LOX diminuito, cambiando il rapporto di miscelazione dei due componenti, e assicurando che essa rimase come propellente il meno possibile nei serbatoi alla fine della sequenza di volo del secondo piano. Tale operazione è stata effettuata per un valore di ΔV.
Ci sono stati cinque sensori sul fondo di ciascun serbatoio della S-II. Una volta che due di loro sono stati scoperti, i sistemi di controllo di Saturno V avviare la sequenza di cambiare stanza. Un secondo dopo l'estinzione della seconda tappa, la seconda separati e un decimo di secondo dopo il terzo piano lampeggiava. Retrorazzi polvere montato sul palcoscenico internazionale al vertice del secondo piano è messo in moto per aiutare vuoto al secondo piano di distanza dal resto del lanciatore. Lo stadio S-II è sceso a circa 4200 km dal sito di lancio.
===Sequenza S-IVB ===
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