为载人轨道飞行作准备
水星-红石3号是美国水星计划的首次载人亚轨道飞行。1961年5月5日，小艾伦·巴特利特·谢泼德驾驶“自由7号”飞船从佛罗里达卡纳维拉尔角升空，经历短暂失重后返回大西洋。这次飞行重点检验宇航员操纵能力、飞船系统和人员回收，并未进入环绕地球的轨道。
美国国家航空航天局（NASA）空间任务组承担水星计划的具体管理，罗伯特·吉尔鲁斯任该组主任。麦克唐纳飞机公司制造飞船，马歇尔航天飞行中心及其承包商提供红石运载火箭，地面控制、军方测控和海军回收力量共同参与。工程与医学团队将飞行员、设备和操作程序作为相互配合的系统来检验。
逐级试验与地面训练
红石飞行系列依次利用无人飞船、搭载黑猩猩的飞船和载人任务积累数据。搭载黑猩猩的水星-红石2号暴露了助推器问题，1961年3月24日的助推器发展试验用于核验改进。这些飞行与地面检查构成载人任务的准备过程。
谢泼德接受离心机、程序模拟器和真实飞船测试等训练。飞行控制中心在正式任务前进行了约40次模拟飞行，宇航员与控制人员共同练习正常程序、语音报告和故障处置。发射前，双方还核对天气、雷达、摄影、回收舰船及应急操作安排。
等待后升空的十五分钟航程
5月5日的倒计时因低云、供电逆变器更换和计算机检查等原因暂停，谢泼德在舱内等待了约四小时十五分钟。美国东部标准时间9时34分，红石火箭点火起飞；谢泼德启动计时器，按程序向地面报告加速度、舱压、供氧和电源状态。
火箭在起飞后2分22秒关机，约十秒后飞船分离，随后自动转向，使隔热盾朝向飞行前方。飞船最高达到约187公里，地面航程约487公里。从起飞到海面溅落历时15分22秒，飞行包含约五分钟失重，其间制动火箭点火短暂打断了失重状态。
三轴操纵与观察
分离后的谢泼德依次检验俯仰、偏航和滚转控制，先用仪表，再借助潜望镜观察飞船姿态。他使用手动比例控制与电传控制等模式，检查飞行员能否在失重中操作、读数并与地面保持通信。实时话音记录还留下了他对佛罗里达云层、奥基乔比湖和安德罗斯岛等景物的报告。
飞船按时启动三枚制动火箭，演练以后轨道任务返回时需要的程序。制动火箭包脱离后，谢泼德听见动作并看见固定带落下，但舱内指示灯未正确显示；他操作人工备用控制，指示随后恢复。此次飞行中，人工操作既承担试验任务，也补充自动系统的信息与控制。
再入、降落伞与海上回收
再入阶段，谢泼德经历约11倍重力加速度，仍能完成观察、动作与报告。飞船在约21000英尺高度放出稳定伞，在约10000英尺高度打开主伞；谢泼德通过潜望镜观察伞衣展开，并准备海面着陆。
回收力量事先收到预测落点，直升机在飞船下降时便能目视跟踪。溅落后约两分钟，直升机与谢泼德联系，并先牵引飞船，使侧舱门保持在水面之上。他从舱门登上吊索，被送往“尚普兰湖”号航空母舰；飞船也被吊起并运上舰。
人体记录与任务评估
飞行中的心电图、呼吸频率和体温同时通过遥测传到地面并留存在舱内记录器中。研究人员把这些数据与离心机训练、发射前准备以及返回后的检查比较，评估加速度、失重和工作负荷下的反应。短时飞行表明谢泼德能够执行既定操作，较长时间失重仍需后续任务研究。
登舰后，谢泼德接受初步医学检查并录下技术汇报，随后到大巴哈马岛继续约两天的医学与工程讨论。NASA与美国国立卫生研究院、美国国家科学院于6月6日举行会议，公布任务的飞行、人体测量和驾驶表现资料。红石试验提供了载人操作与回收经验，水星计划此后继续推进轨道飞行。