В 1961 году доктор Гилрут стал директором Центра пилотируемых космических кораблей, отвечая за разработку космических аппаратов для пилотируемых полетов, за подбор и подготовку летного состава, а также за проведение космических полетов. Он проработал на этой должности до января 1972 года. За десятилетие своего пребывания на посту директора MSC доктор Гилрут руководил 25 пилотируемыми космическими полетами, включая первый полет Алана Шепарда на «Меркурии» в мае 1961 года, первую посадку на Луну «Аполлона-11» в июле 1969 года, драматическое спасение «Аполлона-13» в 1970 году и миссию «Аполлона-15» в июле 1971 года. В январе 1972 года доктор Гилрут занял новую должность в NASA в качестве директора по развитию ключевых кадров, подчиняясь заместителю администратора в Вашингтоне, округ Колумбия. В этой должности он отвечал за выявление потенциальных кандидатов на ключевые должности в агентстве в ближнем и дальнем будущем, а также за разработку планов и процедур, которые помогли бы в развитии этих кандидатов. Доктор Гилрут ушел из NASA в декабре 1973 года и в январе 1974 года был назначен членом Совета по аэронавтике и космической инженерии Национальной инженерной академии; и был приглашен в качестве члена целевой группы по энергетике Торговой палаты Хьюстона.