“挑戰者”號航天飛機，於1983年4月4日至9日進行首次軌道飛行，施放一顆2.2噸數據中繼衛星；1983年8月30日至9月6日進行了多項機械臂實驗。1984年4月，美國“挑戰者”號航天飛機進入太空，執行修理已失靈的“太陽峰年觀測衛星”的任務。航天飛機利用交會和接近技術與該衛星接近，航天員在艙外行走7小時零7分鍾，試圖抓住衛星未果。後來又用加拿大製造的15米多長的遙控機械臂，捕捉到了這顆衛星，帶回到“挑戰者”號航天飛機貨艙內，由航天員替換了損壞的電子部件，修複好後又把衛星送回軌道。這是世界航天史上第一次太空修理活動。
1983年4月，成功施放的“跟蹤與數據中繼衛星”是當時最重的。1983年8月30日，它實現了航天飛機首次夜間起飛，這是航天飛機可以全天候飛行的開端，意味航天飛機可以全天候執行軍事任務。1984年2月3日“挑戰者”號航天飛機升空進行飛行，2月7日，航天員麥坎德利斯第一次實現太空自由行走，他大膽地解開與航天飛機之間的安全帶，是靠身上帶的推進和控製裝置，到離航天飛機97米遠的空間進行活動，曆時90分鍾，之後返回母機。
1984年10月5日至13日的飛行中，“挑戰者”號航天飛機上航天員第一次達到7人，而且女航天員首次出艙進行了活動。1985年10月30日“挑戰者”號航天飛機升空，是航天飛機第一次同時載8名航天員進入太空。航天飛機每次飛行的費用為1.5億-2億美元。