Schirra is de enige ruimtevaarder die zowel in het Mercury-, het Gemini- als in het Apollo-programma heeft gevlogen.
Nadat hij op 1 juli 1969 met de rang van kapitein-ter-zee de Amerikaanse marine had verlaten, bekleedde hij diverse functies in het bedrijfsleven. In januari 1979 startte hij zijn eigen bedrijf, Schirra Enterprises geheten.
Mercury
In april 1959 werd hij samen met zes andere testpiloten door NASA geselecteerd voor de Mercury Seven, de ruimtevaarders die de eerste Amerikaanse bemande ruimtevluchten moesten uitvoeren in het kader van het Mercury-programma. Hij was reservepiloot voor de Mercury MA-7, die op 24 mei1962 werd gelanceerd met aan boord Scott Carpenter. Schirra werd voor zijn eerste ruimtevlucht gelanceerd op 3 oktober1962 aan boord van de Mercury MA-8 (Sigma 7), de vijfde bemande ruimtevlucht in het kader van het Amerikaanse Mercury-programma.
Daarna werd Schirra gezagvoerder van de reservebemanning van de Apollo 1. Op 27 januari1967 kwam de oorspronkelijke bemanning (Virgil Grissom, Ed White en Roger Chaffee) tijdens een test op het lanceerplatform om het leven toen er brand uitbrak in de cabine. De derde en laatste ruimtevlucht van Schirra was als gezagvoerder van de Apollo 7, samen met Donn Eisele en Walter Cunningham. Apollo 7 (gelanceerd op 11 oktober1968) was de eerste bemande ruimtevlucht van het Apollo-programma en betrof een testvlucht van bijna elf dagen in een baan om de aarde. Schirra gedroeg zich tijdens de vlucht nogal bot tegenover de vluchtleiding, mede door een verkoudheid die hij had opgelopen. Apollo 7 was zijn laatste vlucht. Schirra had voorafgaand aan de missie al besloten om na afloop ontslag te nemen.
Bij latere Apollo-missies trad hij als deskundige in het nieuws op. Zo werd hij dikwijls geïnterviewd door de bekende presentator Walter Cronkite van CBS News.
Privé
Hij trouwde op 23 februari 1946 met Josephine (Jo) Cook Fraser uit Seattle, de stiefdochter van admiraalJames L. Holloway. Ze kregen twee kinderen, Walter Marty III en Suzanne Karen.
Op 3 mei 2007 overleed Schirra op 84-jarige leeftijd als gevolg van een hartaanval.