Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf der Edwards AFB.

Dies war die letzte Militärmission eines Space Shuttle. Die Hauptnutzlast war geheim und wurde sechs Stunden nach dem Start ausgesetzt. Vermutlich handelte es sich um einen Spionagesatelliten vom Typ KH (Keyhole), wie er auch schon während der Mission STS-28 ausgesetzt wurde. Die Masse der als DoD-1 bezeichneten Fracht wurde mit 10,5 Tonnen angegeben. Die ursprüngliche Bahnhöhe von 370 Kilometern wurde nach dem Start von DoD-1 um 45 Kilometer gesenkt. In einer Höhe von 325 Kilometern sollte am 04. Dezember 1992 eine weitere Fracht ausgesetzt werden. Die ODERACS-Nutzlast (Orbital DEbris RAdar Calibration Spheres) bestand aus sechs Metallkugeln unterschiedlicher Größe: je zwei fünf-Zentimeter-, zehn-Zentimeter- und 15-Zentimeter-Kugeln. Letztere bestanden aus Aluminium, die anderen vier aus Stahl. ODERACS sollte als Ziel zur Eichung von Radarstationen und optischen Bodenteleskopen dienen, die die Dichte des Weltraummülls ermitteln. Auch die deutsche FGAN-Radarstation in Wachtberg sollte sich beteiligen. Die Kugeln waren in einem Zylinder im vorderen Backbordbereich der Nutzlastbucht untergebracht. Missionsspezialist Michael Clifford sollte vom Cockpit aus den Deckel des Zylinders öffnen und die ODERACS-Kugeln per Federkraft ausstoßen. Weil die Batterie versagte, schlug das Experiment fehl. Von Batterieproblemen waren auch zwei andere Experimente betroffen.

Daneben wurden einige medizinische Experimente durchgeführt, die unter anderem auch der Planung für die Raumstation Freedom, dem Vorläuferprojekt der ISS, dienten. Verschiedene militärische Experimente wurden ebenfalls durchgeführt.