Start von Cape Canaveral (KSC); Landung in Cape Canaveral (KSC). Tief hängende Wolken und Regen am Kennedy Space Center sowie ebenfalls schlechte Wetterbedingungen an den Notlandeplätzen führten zu einer 24-stündigen Verschiebung des für den 20. Juni 1993 geplanten Starts.

Einfangen der europäischen Plattform EURECA, die während der Mission STS-46 im Sommer 1992 ausgesetzt worden war. Sie wurde in der Nutzlastbucht des Orbiters verstaut.

EVA durch Low und Wisoff am 25.06.1993 (5h 50m), um Tests für die geplante Reparatur des Hubble-Space-Teleskops durchzuführen. Dabei wurden aber auch 2 Antennen von EURECA, die sich nicht automatisch einfahren ließen, manuell eingeklappt, was sich als nicht sehr einfach darstellte. Anschließend führten Low und Wisoff Manöver für einen verkürzten Test von EVAs mit dem Roboterarm durch. Untersuchungen zur Handhabung und Feinausrichtung von Massen sowie Anwendung hoher Drehmomente wurden von beiden Besatzungsmitgliedern abwechselnd am Roboterarm ausgeführt.

Während des Restes der Mission arbeitete die Besatzung an Experimenten im Spacehab-Modul in der Ladebucht des Shuttle. Diese Experimente beinhalteten Untersuchungen von Körperstellungen, der Umwelt des Raumfahrzeuges, Kristallwachstum, Metalllegierungen, Schmutzwasser-Recycling und das Verhalten von Flüssigkeiten. Unter den Experimenten war eine Beurteilung von Instandhaltungswerkzeug, die für die Raumstation Freedom (die spätere ISS) vorgesehen war. Der sich mit dem Diagnosewerzeug befassende Teil des "Tools and Diagnostic Systems Experiments" wurde von Nancy Sherlock durchgeführt. Mit Hilfe von elektronischen Testgerätschaften, die einen Oszillographen einschlossen, unternahm Sherlock Tests an einer Modellschaltung und kommunizierte mit der Bodenkontrolle über vorgeschlagene Reparaturprozeduren und ihre Resultate per Computer.
Experimente im Spacehab zur Materialwissenschaft und der Proteinherstellung wurden ebenso wie biologische Experimente durchgeführt.

Wegen schlechten Wetters am KSC musste die Landung um 24 Stunden verschoben werden.