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

Beim ursprünglichen Starttermin am 07. November 1984 musste der Countdown bei T-20 abgebrochen werden, weil sich die Wetterlage in der oberen Atmosphäre verschlechtert hatte.

Die Mannschaft setzte die beiden Kommunikations-Satelliten Anik D4 (Canada) am zweiten Flugtag und Syncom IV-2/Leasat 2 (US Navy) am dritten Flugtag erfolgreich in die Umlaufbahn aus.

Während des Fluges wurden zwei EVAs durch Joseph Allen und Dale Gardner am 12. November 1984 und am 14. November 1984 (5h bzw. 5h 43m) unternommen. Dabei wurden die beiden bei der STS-41B-Mission ausgesetzten, aber gestrandeten Satelliten Palapa B-2 (Indonesien) und Westar 6 (USA) erfolgreich eingefangen. Zum Einfangen kam eine lanzenartige Gerätschaft mit dem Namen "Stinger" zum Einsatz, der in die Düse des Apogäumsmotors eingesetzt wurde, um die Rotation zu stoppen. Beide Satelliten wurden zur Erde gebracht und später (unter anderem Namen) erneut gestartet.

Ein Experiment während dieser Mission war das Diffused Mixing of Organic Solutions (DMOS) Experiment. Es war das erste einer Serie von umfassenden organischen und chemischen Experimente, deren Auftraggeber die Firma 3M Corp. war. Dieses Middeck Experiment war erfolgreich und die urheberrechtlich geschützten Ergebnisse wurden an 3M ausgehändigt. Ein weiteres Experiment, das erfolgreich durchgeführt wurde, war das Radiation Monitoring Experiment.