Start von Cape Canaveral (KSC); Landung in Cape Canaveral (KSC). Der Startversuch wurde jeweils am 17. Juli 1993, am 24. Juli 1993 und am 12. August 1993 wegen technischer Probleme abgebrochen. Beim dritten Startversuch hatten sogar bereits die Triebwerke gezündet, wurden aber drei Sekunden vor dem Abheben automatisch abgeschaltet. Bei allen drei Startabbrüchen war die Crew bereits an Bord der Raumfähre und musste diese dann jeweils unverrichteter Dinge wieder verlassen.

Der Satellit ACTS wurde am ersten Flugtag ausgesetzt. Bei dem ACTS handelte es sich um einen experimentellen Kommunikationssatelliten. Nach dem Aussetzen am ersten Flugtag aktivierte dieser seine Triebwerke und hob sich damit auf eine geostationäre Umlaufbahn.

Ebenfalls ausgesetzt wurde die freifliegende Forschungsplattform ORFEUS/SPAS. Diese war mit US-amerikanischen und deutschen wissenschaftlichen Experimenten bestückt, darunter einem Ultraviolett-Spektrometer. Mit der Plattform wurden unter anderem Untersuchungen über das Entstehen und Sterben von Sternen angestellt. Die Plattform war zum vierten Mal im Einsatz. Außerdem befand sich darauf eine IMAX-Filmkamera, mit der Szenen für den Kinofilm Destiny in Space gedreht wurden.

Die einzige EVA der Mission erfolgte durch James Newman und Carl Walz am 16. September 1993 (7h 5m). Dabei wurden Tests von Werkzeugen und Apparaturen für die geplante Reparatur des Hubble-Weltraumtelesekops durchgeführt. Lag man auch lange vor dem Zeitplan, ließ sich allerdings zum Abschluss eine Werkzeugbox nicht wie vorgesehen schließen, sodass die EVA um 45 Minuten verlängert werden musste und somit eine Gesamtdauer von sieben Stunden und fünf Minuten erreichte.

Nach sechstägigem Freiflug wurde die Plattform ORFEUS/SPAS, die zwischenzeitlich eine Entfernung von 65 Kilometern zur Raumfähre erreicht hatte, wieder eingefangen.