Nejdůležitějším úkolem na oběžné dráze bylo vypuštění telekomunikační družice TDRS-C. První exemplář TDRS-1 na stacionární dráze dosud zajišťuje - byť s obtížemi - spojení raketoplánů s pozemním střediskem v průběhu jedné poloviny obletu Země. Jeho plánovaný protějšek zanikl při katastrofě Challengeru. Osádka Discovery nejprve otestovala systémy třetí družice tohoto typu a v T+6 h 30 min ji vypustila z plošiny natočené tak, aby celý komplet TDRS i s raketou IUS směřoval šikmo vzhůru z nákladového prostoru pod úhlem 60°. První impuls udělený pružinovým mechanismem umožnil družici vyplout z nákladového prostoru. Pak raketoplán odmanévroval do bezpečné vzdálenosti, takže o půl oběhu později, při přeletu rovníku, bylo možno uvést TDRS-C pomocí prvního stupně rakety IUS na přechodovou dráhu, odkud ji druhý stupeň přesunul o den později na předběžnou stacionární dráhu nad tichomořskou republikou Kiribati na Gilbertových ostrovech. Vlastní navedení bylo nesmírně přesné; potíže však způsobil druhý ze dvou nosníků parabolických antén, jemuž zatuhly kloubové spoje a který se vyklopil sám od sebe teprve tehdy, když se tyto spoje dostatečně ohřály.

Zbytek času na oběžné dráze byl věnován fotografování zemského povrchu. Předmětem zájmu se staly sopka Erta Ale v Etiopii (pro srovnání se snímky z družice Landsat), východní pobřeží Mexika (sledování škod způsobených hurikánem Gilbert), katastrofální nilské záplavy v okolí Chartúmu, oblast řeky Senegal (naopak pro zjištění škod způsobených dlouhotrvajícím suchem) a konečně rozsah požárů v pralesích Jižní Ameriky.

"Pinky" Nelson se věnoval 60 vzorkům proteinů krystalizovaných v automatickém zařízení ve stavu beztíže. Byl mezi nimi i vzorek bílkoviny izolované z viru HIV-1 (původce onemocnění AIDS). Krystaly tohoto jinak neškodného proteinu potřebují vědci ke stanovení jeho prostorové struktury, aby mohli dále pokročit ve zkoumání možností boje proti této dnes nejvážnější hrozbě lidstvu.