面向地球的仪器组合
美国国家航空航天局（NASA）把卫星部署与地球观测安排在这次飞行中。地球辐射收支卫星（ERBS）用于测量地球吸收的太阳能量和向太空发出的热辐射；空间与地面应用办公室第三组载荷（OSTA-3）安排雷达成像、摄影、一氧化碳测量和地物自动分类。
ERBS由鲍尔航天制造，戈达德航天飞行中心管理项目。航天飞机成像雷达B（SIR-B）由帕萨迪纳喷气推进实验室的Charles Elachi团队研制；卫星大气污染测量仪（MAPS）由兰利研究中心的Henry G. Reichle Jr.负责。在轨补加推进剂系统则出自约翰逊航天中心工程部门。
参考：[1]
七人机组升空
1984年10月5日7时03分，“挑战者”号从佛罗里达州肯尼迪航天中心39A发射台起飞。这里采用美国东部夏令时，即UTC减4小时；换算为UTC是当天11时03分。
指令长罗伯特·克里彭与驾驶员乔恩·麦克布赖德负责飞行，任务专家为凯瑟琳·沙利文、萨莉·赖德和戴维·利斯马，载荷专家为马克·加诺和保罗·斯卡利-鲍尔。赖德与沙利文同机，使这成为第一次有两名女性参加的航天飞机飞行。
参考：[2]
卫星释放与天线故障
卫星释放比计划晚约2小时50分：太阳翼未按指令展开，经阳光照射后才打开。机组随后释放卫星。Ku波段通信天线也发生故障；关闭其驱动后，航天飞机必须改变姿态，让天线指向跟踪与数据中继卫星。雷达天线收拢困难时，机械臂被用来把外侧面板推至可锁定的位置。
参考：[3]
重新安排雷达观测
SIR-B希望从不同入射角观察同一地区，比较地表对雷达信号的反射。其工作涉及约翰逊中心的任务控制、戈达德中心的数据接收以及各国地面试验地点，地面班组在整个飞行期间轮班值守。
通信与轨道等变化迫使团队修改了98%的预定观测段，重新确定目标优先顺序、观测时间和雷达参数；接收增益也因信号衰弱而调高。1988年的实验报告总结，实际收集的数字资料约为计划的20%，完成的科学目标约为40%。这两个比例分别衡量资料量与研究目标，不能当成同一项完成率。
参考：[4]
一氧化碳资料及其校准
MAPS利用气体滤光相关技术测量对流层中部的一氧化碳。1984年这次飞行取得约85小时、75000次独立测量，覆盖北纬57度至南纬57度；研究人员把六天的资料按经纬各5度的网格整理成分布图。
结果显示南美洲和非洲南部生物质燃烧形成显著的一氧化碳来源，东北亚读数偏高，欧洲变化较大。报告摘要称，与同时进行的飞机直接采样比较，遥感浓度系统性偏低约20%至40%；正文与汉莎货机资料的比较则约低45%。作者把差别与采样系统的校准标准联系起来。因此，覆盖广泛的测量还必须经过地面和空中资料检验，才能解释其定量含义。
参考：[5]
舱外作业与返航
10月11日，利斯马和沙利文进入货舱进行补加肼推进剂试验。巨大的雷达天线占据货舱空间，两人把安全绳接在左舷滑索上，操作时出现轻微交缠。他们还试用工具箱与新式航天服靴子，处理Ku波段天线，并近距离检查雷达天线；夹在面板之间的隔热材料被认为可能妨碍此前的收拢。
返回舱内后，两人用肼蒸气探测器检查航天服，确认没有把肼带入座舱。
10月13日12时26分（美国东部夏令时，UTC为16时26分），“挑战者”号在肯尼迪航天中心33跑道着陆，结束约8天5小时的飞行。