Несмотря на потерю двух аппаратов серии "Ranger Block I", от программы лунных запусков решили не отклоняться. Один за другим к Луне отправились три аппарата "Ranger Block II". В процессе полета они должны были заснять лунную поверхность с помощью телекамеры, изучить физические характеристики лунной поверхности с помощью радиолокационного альтиметра и измерить спектрометром уровень гамма-излучения в межпланетном пространстве. Сейсмограф в посадочном модуле предполагалось сбросить в район Океана Бурь.

Запуск ракеты-носителя "Atlas-Agena В" с аппаратом "Ranger III" весом 330 кг на борту состоялся 26 января 1962 года с мыса Канаверал. И снова "Agena" подвела — ее двигатель при повторном включении работал больше расчетного времени и в конце активного участка аппарату была сообщена скорость 11,1 км/с, что превышало расчетную на 0,2 км/с. Поскольку основную часть программы полета выполнить теперь не представлялось возможным, руководитель полета решил получить хотя бы общие результаты — по сигналу станции слежения в Голдстоуне при приближении аппарата к Луне телевизионная камера была направлена на наш естественный спутник. Но из-за недостаточно точной ориентации направленной антенны сигнал радиопередатчика "Ranger III" был потерян и изображений Луны получить не удалось.

Второй аппарат новой серии, проходивший под обозначением "Ranger IV", отправился в космос 23 апреля 1962 года, но вскоре после запуска вышла из строя бортовая радиоаппаратура, и аппарат не смог отрабатывать подаваемые с Земли команды. В итоге не удалось ни получить изображений поверхности Луны, ни отделить посадочный модуль с сейсмографом. 26 апреля "Ranger IV" упал на невидимую сторону Луны, став первым искусственным объектом, достигшим этого загадочного полушария.

Запуск аппарата "Ranger IV" был произведен 18 октября 1962 года. На этот раз полет ракеты-носителя "Atlas-Agena В" проходил почти в полном соответствии с программой. Однако в полете отказали солнечные батареи, и питание оборудования переключилось на химическую батарею. Через четыре часа после полной разрядки батареи все системы "умерли".

К тому времени уже созрел проект "Ranger Block III", целью которого стало достижение аппаратом Луны со съемкой ее поверхности с близкого расстояния в момент падения. По конструкции и составу бортового оборудования аппараты новой серии имели много общего с аппаратами серии "Ranger Block II". Основное отличие заключалось в том, что вместо капсулы и приборного контейнера с тормозным двигателем на "Ranger Block III" были установлены два комплекта телевизионных камер (2-е Full-scan и 4-е Partial-scan) с автономными источниками питания, временными и программными устройствами.

Запуск аппарата "Ranger VI" ("Ranger А", или "Р-53") был произведен 30 января 1964 года со стартового комплекса мыса Кеннеди ракетой-носителем "Atlas-Agena В". Анализ предыдущих сбоев и доработки возымели действие — полет ракеты-носителя и аппарата проходил по заложенной программе. За 15 минут до падения аппарата на Луну со станции слежения системы была подана команда на включение телевизионных камер для их прогрева. Полученный на Земле телеметрический сигнал показал, что команда была принята, однако никаких изображений с аппарата не поступило. 2 февраля аппарат упал на Луну к востоку от Моря Спокойствия. Наблюдение за падением аппарата вели тридцать две обсерватории, однако ни одной из них не удалось зарегистрировать ожидаемого пылевого облака.

Запуск аппарата "Ranger VII" ("Ranger В", или "Р-54") состоялся 28 июля 1964 года. 31 июля, на расстоянии 1800 км от Луны, были включены камеры, и аппарат упал на Луну в районе Моря Облаков. Падение аппарата предполагалось сфотографировать телескопом на базе ВВС Патрик (штат Флорида), но из-за неисправности последнего этого сделать не удалось. С самого "Ranger VII" было получено 4316 телевизионных изображений лунной поверхности.

Долгожданный успех ободрил работников НАСА. 17 февраля 1965 года ракетой "Atlas-Agena В" в космос был выведен "Ranger VIII" ("Ranger С", или "Р-55)".

20 февраля он упал на Луну в районе Моря Спокойствия. Первоначально камеры предполагалось включить за 13 минут до падения аппарата, но затем было принято решение включить их за 23 минуты с целью получения большего числа телевизионных изображений. Замысел принес плоды — всего было получено 7137 изображений. По рекомендации специалистов Научно-исследовательского центра разработки пилотируемых космических кораблей участок падения аппарата был выбран с таким расчетом, чтобы во время съемки высота Солнца над лунным горизонтом составляла менее 10° — это позволило по видимым теням выявить кратеры с крутыми склонами, что было важно при определении участков для будущих посадок.

Программа изучения Луны была продолжена запуском аппарата "Ranger IX" ("Ranger D", или "Р-56"), который состоялся 21 марта 1965 года. 24 марта аппарат упал на Луну в районе кратера Альфонса. Этот кратер очень интересовал ученых, поскольку еще в конце 1950-х астрономы заметили внутри него какие-то подозрительные пятна. Советский ученый Николай Александрович Козырев (1908–1983) сумел снять спектрограмму кратера и утверждал, что в Альфонсе, скорее всего, произошло извержение. Всего было получено 5814 телевизионных изображений поверхности Луны в районе кратера. Около 200 изображений поверхности в реальном времени демонстрировались по американскому телевидению. Однако гипотеза Козырева не подтвердилась — никаких свидетельств недавнего извержения на снимках не обнаружили.

На программу "Ranger" было потрачено 267 миллионов долларов, что в пересчете на сегодняшний курс доллара составляет миллиард. Однако, как отмечали сами разработчики, новых сведений о Луне получено не было, да и с позиций завоевания приоритетов многочисленные падения аппаратов на видимую сторону Луны выглядели довольно сомнительно.

Дальнейшая судьба программы "Ranger" еще не была ясна, а НАСА уже одобрило новый и еще более амбициозный план изучения Луны, подготовленный Лабораторией реактивного движения и получивший название "Surveyor". Он предусматривал создание аппарата для мягкой посадки на Луну и проведения исследований лунной поверхности в рамках программы пилотируемой экспедиции "Apollo".

Контракт НАСА с компанией "Hughes Aircraft Со." на проектирование и изготовление аппаратов "Surveyor" был заключен в марте 1961 года. Для изучения лунной поверхности на аппарате предусматривалось установить разнообразное научное оборудование. Прежде всего — четыре телекамеры для получения изображений лунной поверхности и наблюдения за работой бортового оборудования. Затем — приборы для измерения температуры у поверхности Луны, приборы для измерения скорости звука в лунных породах, акселерометры для изучения механических характеристик лунного грунта, прибор для определения прочности лунного грунта, буровую установку, химический анализатор грунта, зонд для изучения подпочвенного слоя, сейсмометр, рентгеновский дифрактометр для минералогического анализа, газовый хроматограф для анализа проб газов и органических соединений в породах, слагающих лунную поверхность, магнитометры и тому подобное.

Запуск аппарата "Surveyor I" ("Surveyor А") был произведен 30 мая 1966 года со стартового комплекса мыса Канаверал. Вывод аппарата на траекторию полета к Луне производился по программе, отличающейся от штатной — в ней не предусматривался повторный запуск двигателей второй ступени, и "Surveyor" выводился непосредственно на траекторию полета к Луне. 2 июня аппарат совершил посадку в Океане Бурь в точке с координатами 2°27′ ю. ш. 43°13′ з. д.