Sonda odstartovala z Cape Canaveral 07.11.1996 v 17:00 UT na palubě rakety Delta 2. Meziplanetární přelet, trvající deset měsíců a dlouhý 700 miliónů kilometrů, proběhl bez větších problémů a 12.09.1997 v 01:57 UT (03:57 SELČ) byla sonda navedena na základní oběžnou dráhu kolem Marsu. Je to však dráha s velmi velkou výstředností (258 x 54021 km, sklon 93.3°). Brzdící manévr trval 22 minut a snížil rychlost sondy o 990 m/s. V průběhu dalšího půl roku se měla dráha postupným aerodynamickým brzděním (aerobraking) cirkularizovat a se zahájením detailního mapování Marsu se počítalo v březnu 1998. Pracovní dráha bude mít průměrnou výšku 378 kilometrů nad povrchem Marsu. Sonda by měla pracovat minimálně do ledna roku 2000.

Mars Global Surveyor se brzdil o atmosféru zřejmě příliš razantně (zdá se ostatně, že její výška je dvojnásobná, než se očekávalo), takže nedostatečně rozevřený, resp. nezajištěný panel slunečních baterií sebou zřejmě začal při 15. průletu pericentrem (6.10.) poněkud "plácat". 12.10. proto technici na krátkou chvíli zapojili motor sondy, zvýšili v apocentru rychlost o 2,3 m/s a pozvedli tak pericentrum, které leželo ve výšce 121 km. Po manévru bylo 170 kilometrů. Brzdění bylo na několik týdnů přerušeno a sonda setrvávala na dráze s periodou 35 hodin.

7.11.1997 byl aerobraking obnoven, ale s nižší intenzitou. Změnil se také celkový plán navedení na pracovní dráhu. V první fázi (listopad 1997 - květen 1998) bude nejnižší bod dráhy udržován ve výši 120 km (původní plán předpokládal 110 km), což bude mít za následek o 66% nižší brzdnou sílu, způsobenou odporem atmosféry. V tomto období se tedy oběžná doba zkrátí jen o 6 - 12 hodin. Pak bude brzdění opět přerušeno, protože na Marsu začne letní období a předpokládá se nárůst atmosféry. V době od května do listopadu 1998 proto proběhne takzvaná vědecká fáze, při níž bude získáno co možná nejvíce dat z eliptické přechodné dráhy. Od listopadu 1998 do března 1999 se uskuteční druhá fáze aerobrakingu, která sníží nejvyšší bod oběžné dráhy na 450 km a oběžnou dobu na dvě hodiny. Jakmile se dráha dostane do vhodného postavení vzhledem ke slunci, bude aerobraking ukončen a začne detailní mapování Marsu.

Koncem roku 1997 byla doba oběhu snížena už na 26 hodin. Ovšem již nyní, v době, kdy procházela nejblíže planety, pořizovala sonda během deseti až patnácti minut snímky Marsu. Jejich množství však bylo z různých důvodů omezeno. Mars Global Surveyor totiž během brzdění rotoval. Kromě toho je jeho paměť omezena na 80 Mbitů. Část dat se také během přenosu ztratí. Strategie snímkování je přitom taková, že polovina veškeré paměti je vyhrazena pro širokoúhlou kameru, zatímco druhá část je určena pro snímky s vysokým rozlišením.

První fáze aerobrakingu byla ukončena 27.03.1998 zážehem manévrovacích motorů, který sondu v apocentru dráhy urychlil o 4,43 m/s a zvýšil pericentrum ze 123 na 170 km. Bylo to na 201. oběhu kolem Marsu a doba oběhu sondy byla 11,6 hod.

Brzy poté sonda zahájila vědeckou fázi, zaměřenou na snímkování vybraných oblastí povrchu Marsu. V dubnu 1998 to byly především přistávací oblasti Vikingu 1 a 2, Mars Pathfinderu a oblast Cydonia, známá svou "Tváří na Marsu". První snímky z této oblasti byly pořízeny 05.04.1998. Ukázalo se, že jde jen o přírodní útvar, který se tváři podobá jen hrou stínů.

Druhou fázi aerobrakingu zahájila sonda 25.09.1998 (na 573. oběhu kolem Marsu) zážehem motoru na cca 15 sekund. Změna rychlosti o 11,62 m/s stačila na snížení pericentra dráhy ze 171 km na 127 km. Apocentrum bylo v tu dobu ve výši 17836 km a doba oběhu 11 hod 38 min. Celkem sonda v průběhu vědecké fáze vykonala 290 oběhů kolem Marsu.

Aerobraking byl definitivně ukončen 04.02.1999, když apocentrum dráhy pokleslo pod 450 km. Další dva týdny trvalo, než sonda přešla na dráhu synchronní se Sluncem. Konečně 19.02.1999 byl proveden poslední manévr, po kterém sonda MGS přešla na pracovní mapovací dráhu ve výši 369-438 km s dobou oběhu cca 2 hodiny.

Popis sondy

Sondu Mars Global Surveyor vyrobila společnost Lockheed Martin Astronautics v Denveru.

Sonda MGS nesla šest hlavních experimentů :

• Kamera (Mars Orbiter Camera)
  Poskytovala jak snímky Marsu podobné těm, které vidíme v předpovědích počasí na Zemi, tak i detailní obrázky s rozlišením 1.5 metru.
• Laserový výškoměr (Mars Orbiter Laser Altimeter)
  Odrazem laserového paprsku od povrchu se měřila výška hor a hloubka údolí na Marsu.
• Termální spektrometr (Thermal Emission Spectrometer)
  Měřil teplo vyzařované z Marsu a tak studoval atmosféru a složení minerálů na povrchu.
• Magnetometr (Magnetomer/Electron Reflectometer)
  Měřil magnetické vlastnosti Marsu a tím umožnil zkoumat vniřek planety.
• Retranslátor (Mars Relay)
  Bude přijímat data z budoucích sond NASA, které přistanou na povrchu Marsu, a předávat je dále na Zemi.
• Analýza signálu (Radio Science)
  Analýza radiového signálu, přijímaného ze Surveyoru na Zemi, umožnila přesně určit tvar planety a strukturu atmosféry.