Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf Edwards AFB. Wegen eines technischen Problems in der automatischen Startsequenz erfolgte der Start der Mission STS-51B mit einer Verspätung von zwei Minuten und 18 Sekunden.

Bei dieser Mission wurde zum zweiten Mal das Spacelab eingesetzt, jedoch war es der erste Einsatz mit einem vollständig ausgerüsteten Spacelab. Die Bandbreite des Spacelabs konnte somit eindrucksvoll demonstriert werden.

Insgesamt 15 astrobiologische, astro- und geophysikalische, biologische und Werkstoff-Experimente wurden durchgeführt. Darunter waren auch Versuche zur Kristall-Züchtung und Flüssigkeits-Physik. Zwei Affen und 24 Ratten waren während des Raumfluges mit an Bord und wurden eingehenden Untersuchungen unterzogen. Ein von Studenten der Universität Utah gebauter zur Untersuchung bestimmter Radarwellen vorgesehener kleiner Satellit (NUSat) konnte ohne Probleme ausgesetzt werden, ein weiterer Satellit (GLOMR = Global Low Orbiting Message Relay Satellite) konnte dagegen nicht ausgesetzt werden und wurde wieder mit zur Erde zurückgenommen. Beide Satelliten wurden bzw. sollten aus Getaway-Kanistern gestartet (werden), was eine Neuerung darstellte.

Die beiden Nutzlastspezialisten Taylor Wang und Lodewijk van den Berg standen u.a. für Untersuchungen bereit, die prüfen sollten, ob autogenes Training und andere Konzentrationsübungen (Biofeedback) hilfreich sind, die Weltraumkrankheit zu bekämpfen.