Start von Cape Canaveral (KSC); Landung 1320 km südwestlich von San Diego im Pazifik.

Seit dem Flug von Apollo 7 im Oktober 1968 waren keine Starts der Rakete Saturn 1B mehr vorgenommen worden. Die damalige Startrampe war nicht mehr zu verwenden, so dass für die bemannten Skylab-Starts eine Rampe im Kennedy Space Center umgebaut werden musste. Dabei wurde die kürzere Saturn 1B auf ein Podest gestellt, damit der für die Saturn V vorgesehene Startturm verwendet werden konnte.

Ursprünglich war der Start von Skylab 2 für den 15. Mai 1973 geplant, einen Tag nachdem mit Skylab 1 das Weltraumlabor in die Erdumlaufbahn gebracht wurde. Da das Labor aber beim Start beschädigt wurde, musste Skylab 2 so lange verschoben werden, bis man ein klares Bild von den Schäden und den Reparaturmöglichkeiten hatte.
Es stellte sich heraus, dass offenbar ein Hitzeschild und ein Solarmodul weggerissen worden waren. Außerdem konnte ein weiteres Solarmodul nicht ausgefahren werden. In Windeseile wurden Reparaturpläne entworfen. Um die Schwerelosigkeit zu simulieren, übte die Mannschaft in einem Wassertank die notwendigen Schritte. Gleichzeitig versuchte die Leitstelle, Temperatur und Energieversorgung in der Raumstation unter Kontrolle zu behalten.

Zehn Minuten nach dem Start war das Apollo-Raumschiff, das übrigens kein eigenes Rufzeichen hatte, im Orbit und fünf Erdumkreisungen später wurde das Rendezvous mit der Raumstation durchgeführt. Die Astronauten flogen langsam um Skylab herum, um die Beschädigungen genau zu besichtigen und Fernsehbilder davon zur Erde zu übertragen. Wie erwartet fehlten große Teile des Hitzeschildes und ein Solarmodul. Das gegenüberliegende Solarmodul war verklemmt und nicht entfaltet.

Erst am Folgetag stiegen die Astronauten in die Raumstation um, die durch das Fehlen des Hitzeschildes stark aufgeheizt war. Der Mannschaft gelang es, durch eine der beiden kleinen Schleusen, die eigentlich für Experimente vorgesehen gewesen war, eine schirmartige Hitzeschutzfolie außerhalb der Station zu entfalten und aufzuspannen, so dass die Temperatur auf erträgliche Werte sank. Die Entwicklung und Herstellung dieser Folie wurde innerhalb von sieben Tagen durchgeführt.

Es war die erste Besatzung der Raumstation Skylab. Es handelte sich um eine Rettungsaktion für die beim Start beschädigte und inzwischen überhitzte Raumstation.

Eine erste EVA durch Paul Weitz wurde am 25. Mai 1973 (0h 35m) unternommen. Es war ein erster, aber vergeblicher Versuch, ein Sonnenpaddel zu entfalten. Erst am Folgetag stiegen die Astronauten in die Raumstation um, die durch das Fehlen des Hitzeschildes stark aufgeheizt war. Der Mannschaft gelang es, ein Sonnensegel außerhalb der Station zu entfalten und aufzuspannen, so dass die Hitze auf erträgliche Temperaturen sank. Die Entwicklung und Herstellung dieses Segels wurde innerhalb von sieben Tagen durchgeführt. Die zweite EVA durch Charles Conrad und Joseph Kerwin erfolgte am 07. Juni 1973 (3h 23m). Diesmal gelang es, das Solarpaddel zu entfalten und die Station war voll einsatzfähig. Die dritte EVA durch Charles Conrad und Paul Weitz erfolgte am 19. Juni 1973 (1h 36m). Sie diente dem Austausch von Filmkassetten der Solar-Kamera. Außerdem wurden zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten auf den Gebieten der Sonnenbeobachtung, Erdbeobachtung und Humanmedizin durchgeführt.

Kapsel und Besatzung wurden nach der Wasserung vom Flugzeugträger USS Ticonderoga geborgen. Mit dieser Mission stellte die Besatzung einen neuen Daueraufenthaltsrekord auf.