Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf der Edwards AFB. Der Start hatte sich um 14 Minuten aufgrund eines Kommunikationsproblems zwischen dem Kennedy Space Center und der Missionszentrale in Houston verzögert.

Die Hauptnutzlast, der Upper Atmosphere Research Satellite (UARS), wurde am dritten Flugtag ausgesetzt. Der 6,5-Tonnen-Satellit führte eine der detailliertesten Studien der Erdatmosphäre durch, inklusive der Ozonschicht. UARS war der erste große Satellit im Rahmen des Projekts "Mission zum Planeten Erde", das den Beitrag der NASA zum US Global Change Research Program darstellte. Seine Nutzungssdauer wurde im Laufe der Jahre immer wieder verlängert (vorgesehen waren ursprünglich 18 Monate), so dass er letztlich 14 Jahre im Dienst sein sollte.

Zum Aussetzen vun UARS musste die Discovery eine um 57 Grad geneigte Umlaufbahn in 570 km Höhe erreichen, damit der Satellit auch die Polargebiete der Erde überblicken konnte. Das ging fast an die Kapazitätsgrenze des Space Shuttle, ein Grund, weshalb nur sehr wenig und leichte sekundäre Nutzlast mitgenommen werden konnte.

Dies waren: Ascent Particle Monitor (APM); Middeck 0-Gravity Dynamics Experiment (MODE); Shuttle Activation Monitor (SAM); Cosmic Ray Effects and Activation Monitor (CREAM); Physiological and Anatomical Rodent Experiment (PARE); Protein Crystal Growth II-2 (PCG II-2); Investigations into Polymer Membrane Processing (IPMP) und das Air Force Maui Optical Site (AMOS) Experiment.

Es war die Durchführung eines sogenannten "COLA"-Manövers erforderlich, um der Oberstufe des sowjetischen Spionagesatelliten Kosmos 955 auszuweichen, der am 20. September 1977 gestartet worden war.

Die Landung war ursprünglich im Kennedy Space Center vorgesehen, aber wegen Schlechtwetters zur Edwards AFB verlegt worden.