“挑战者”号航天飞机，于1983年4月4日至9日进行首次轨道飞行，施放一颗2.2吨数据中继卫星；1983年8月30日至9月6日进行了多项机械臂实验。1984年4月，美国“挑战者”号航天飞机进入太空，执行修理已失灵的“太阳峰年观测卫星”的任务。航天飞机利用交会和接近技术与该卫星接近，航天员在舱外行走7小时零7分钟，试图抓住卫星未果。后来又用加拿大制造的15米多长的遥控机械臂，捕捉到了这颗卫星，带回到“挑战者”号航天飞机货舱内，由航天员替换了损坏的电子部件，修复好后又把卫星送回轨道。这是世界航天史上第一次太空修理活动。
1983年4月，成功施放的“跟踪与数据中继卫星”是当时最重的。1983年8月30日，它实现了航天飞机首次夜间起飞，这是航天飞机可以全天候飞行的开端，意味航天飞机可以全天候执行军事任务。1984年2月3日“挑战者”号航天飞机升空进行飞行，2月7日，航天员麦坎德利斯第一次实现太空自由行走，他大胆地解开与航天飞机之间的安全带，是靠身上带的推进和控制装置，到离航天飞机97米远的空间进行活动，历时90分钟，之后返回母机。
1984年10月5日至13日的飞行中，“挑战者”号航天飞机上航天员第一次达到7人，而且女航天员首次出舱进行了活动。1985年10月30日“挑战者”号航天飞机升空，是航天飞机第一次同时载8名航天员进入太空。航天飞机每次飞行的费用为1.5亿-2亿美元。