阿波罗8号所使用的土星5号的序列号为SA-503，是第三台飞行的土星5号火箭。当此台火箭于1967年12月20日在火箭组装大楼被组装的时候，很多人认为它会被用在阿波罗6号中，将一艘无人的指令/服务舱送入太空进行测试飞行。尽管阿波罗6号遇到了若干很严重的问题(第1级火箭遇到了严重的纵向耦合振动，第2级的两个推进器都提前关闭)，负责土星5号的马歇尔航天飞行中心仍然对这些问题都能被解决很有信心，决定不需要再进行一次无人任务。SA-503号火箭于是被用在载人任务上。
但是，航空航天局负责人仍然增加了一些限制以提高安全系数：S-II第2级必须在密西西比测试站进行低温测试，其他两级需要继续改进以适合人类飞行。1968年4月30日，火箭被重新拆成3级，第2级被送到测试站。第2级和第3级推进器的火花点火装置也被改良。1968年5月时第1级火箭被查出存在泄漏问题，使其需要被修复。
由于此前土星5号只有过两次发射，肯尼迪航天中心的地面人员无法按计划完成任务。格鲁曼公司的工作人员也遇到了很多登月舱的问题。登月舱被运到发射地点之后，有太多的工作仍然需要被完成，使很多人担心计划是否能被执行。登月舱的起飞推进器出现了泄漏现象，促使了一些设计上的修改以及部分阀门的更换。
1968年8月，整个任务都被修改了。SA-503号火箭会将宇航员送上去月球的旅程；虽然不携带登月舱，但会携带与登月舱质量类似的登月舱测试器（Lunar Module Test Article，LTA）, 与阿波罗4号和阿波罗6号所使用的接近。为了加快发射前的准备工作，土星5号的很多修改都不由肯尼迪航天中心完成，而被交给专门的研究中心；只有与宇航员安全有关的修改被执行。
阿波罗8号所使用的航天器于1968年9月21日被放入火箭，并于1968年10月9日被拖到五千米之外的发射塔台进行测试。测试一直进行到发射的前一天。
SA-503作为阿波罗8号的火箭序列号被航空航天局有关运载火箭的部门使用。但是，与任务有直接关系的部门经常将其写成AS-503，因为AS是Apollo-Saturn（阿波罗-土星）的缩写；两种序列号都在提及整个任务时被使用。-503显示这是第3次飞行（503），使用土星5号（503）。
