Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf der Edwards AFB. Der Start war ursprünglich für den 18. Dezember 1989 geplant, musste jedoch um etwa drei Wochen verschoben werden, weil die letzten Arbeiten und Tests an der umgebauten Startrampe mit Verspätung durchgeführt werden konnten. Ein zweiter Startversuch am 08. Januar 1990 musste wegen schlechten Wetters abgebrochen werden.

Die Mannschaft setzte den militärischen Kommunikationssatelliten Syncom-IV-F5 am zweiten Flugtag erfolgreich in die Erdumlaufbahn aus. Danach wurde die Bergung der Long Duration Exposure Facility (LDEF) der NASA mithilfe des Roboterarms durchgeführt. Diese Experimentierplattform war seit April 1984 im Orbit und enthielt 57 wissenschaftliche, technologische Experimente und Anwendungen. Die Bergung hatte sich um 4 ½ Jahre verzögert, insbesondere durch das Challenger Desaster. Die Bergung wurde mit einer IMAX-Kamera gefilmt. Die Aufnahmen wurden 1994 für den Film "Destiny in Space" verwendet. Erdaufnahmen mit dieser Kamera wurden 1991 bereits für den Film "Blue Planet" verwandt.

Zu den weiteren Middeck-Experimenten gehörten z.B. das Protein Crystal Growth (PCG), Fluid Experiment Apparatus (FEA), American Flight Echocardiograph (AFE) und das Air Force Maui Optical Site (AMOS) Experiment, die aber auch schon in vorherigen Missionen zum Einsatz kamen.