Start von Cape Canaveral (KSC); Landung in Cape Canaveral (KSC).

Die beiden Hauptziele der Mission waren das Aussetzen der frei fliegenden Experimente-Plattform EURECA (European Retrievable Carrier) sowie das Experiment TSS (Tethered Satellite Systems). EURECA war eine wiederverwendbare Plattform, die über 70 Experimente enthielt. Es gab jedoch Probleme mit dem Kommunikationssystem EURECA. Der Fehler bestand darin, dass es zu Funkunterbrechungen kam, die aus einer doppelten Nutzung eines Funkkanals resultierte. So konnte die Plattform von den Astronauten erst einen Tag später als geplant ausgesetzt werden Danach tauchten damit aber keine Probleme mehr auf, die Triebwerke des Satelliten zündeten planmäßig und hoben ihn auf eine Umlaufbahn von 500 Kilometern Höhe. Allerdings wurde die Zündung nach 6 von 24 Minuten von den zuständigen Kontrolleuren in Darmstadt abgebrochen, weil die Telemetriedaten darauf hinwiesen, dass EURECA in eine falsche Umlaufbahn geraten könnte. Am sechsten Flugtag der Mission wurde dann aber eine Korrekturzündung vorgenommen, damit sie die geplante Höhe erreichen konnte. Ein Jahr später wurde der Satellit im Rahmen der Mission STS-57 wieder eingefangen.

Das verspätete Aussetzen von EURECA führte dazu, dass die Flugleitung die Missionsdauer um einen Tag verlängerte.

Nach dem erfolgreichen Aussetzen von EURECA wurde das Space-Tether-Experiment TSS in Angriff genommen. TSS war ein etwa 500 Kilogramm schwerer Fesselsatellit, der an einem 20 Kilometer langen Stahlkabel vom Shuttle entfernt im Raum schweben sollte. Ziel dieses Versuches war die Gewinnung von elektrischer Energie. Das Kabel zum Satelliten blieb aber nach etwa 260 Metern stecken, deshalb konnten praktisch keine Ergebnisse erzielt werden. Mehrere Tage versuchte die Crew, den Satelliten frei zu bekommen, was aber misslang. Deshalb wurde dieser zur Rückkehr zur Erde wieder in der Nutzlastbucht verstaut.
Später fand man heraus, dass zum einen ein Motor nicht richtig funktioniert hatte und ein Keilbolzen das ordnungsgemäße Abrollen des Kabels verhinderte.

Sekundäre Experimente waren: Evaluation of Oxygen Integration mit Materials/Thermal Management Processes (EOIM-III/TEMP 2A), Consortium for Materials Development in Space Complex Autonomous Payload (CONCAP II und CONCAP III), IMAX Cargo Bay Camera (ICBC), Limited Duration Space Environment Candidate Materials Exposure (LDCE), Air Force Maui Optical Site (AMOS), Pituitary Growth Hormone Cell Function (PHCF) und Ultraviolet Plume Instrument (UVPI).

Die Landung erfolgte letztmalig ohne einen Bremsfallschirm.