STS-26 startete von Cape Canaveral (KSC) und landete auf der Edwards AFB, Runway 17.

Dies war der erste Flug eines Space Shuttle nach der Challenger-Katastrophe im Januar 1986 und damit Amerikas Rückkehr in den Weltraum. In den vergangenen zweieinhalb Jahren waren an der Discovery zahlreiche Modifikationen vorgenommen worden. So wurde die Einstiegsluke mit pyrotechnischen Vorrichtungen für eine schnelle Absprengung in Notfall versehen. Alle Komponenten des Orbiters wurden während dieser Zeit einer gründlichen Inspektion unterzogen. Die Feststoffbooster waren umgebaut und an den kritischen Stellen verstärkt worden, um frühere Probleme, die letztlich zur Challenger-Katastrophe geführt hatten, vermeiden zu können. Durch immer neue Modifikationen und Tests hatte sich der Termin für den Start von STS-26 ständig weiter nach hinten verschoben.

Der Start von STS-26 war schließlich auf den 29. September 1988 festgelegt worden. Während des Countdowns versagte zunächst ein zum Kühlsystem gehörender Ventilator im Raumanzug von Richard Covey. Kurze Zeit später fiel dieser Ventilator auch im Raumanzug von George Nelson aus. Es stellte sich heraus, dass nur die Sicherungen für diese Geräte durchgebrannt waren. Nach der Reparatur musste der Countdown wegen zu hoher Windgeschwindigkeiten in der Hochatmosphäre unterbrochen werden. So verzögerte sich der Start gegenüber dem ursprünglichen Plan um 98 Minuten.

Wesentliches Missionsziel war neben dem gründlichen Test aller neuen Systeme des Orbiters das Aussetzen des Kommunikationssatelliten TDRS-C. Da TDRS-B bei der Explosion der Challenger verloren gegangen war und bei TDRS-1 eine der beiden großen Übertragungsantennen ausgefallen war, wurde TDRS-C als Hauptnutzlast für STS-26 höchste Priorität eingeräumt. Hinweis: Nach erfolgreicher Stationierung im Zielorbit wurde der Zählbuchstabe im Namen des Satelliten durch eine Zahl ersetzt.

Direkt nach der Ankunft im Orbit und dem Öffnen der Frachtraumtüren begannen die Vorarbeiten für das Aussetzen von TDRS-C mit seiner IUS-Antriebsstufe. Die TDRS-Satelliten haben ein Gewicht von knapp 2.300 kg. Ihre Grundform ist ein sechskantiges Prisma, das etwa 1,5 Meter hoch und maximal 2,5 Meter breit ist. Neben einer Lageregelungseinheit und den notwendigen Akkus sind 4 S-Band-Transponder mit 2,5 GHz, 12 C-Band-Transponder mit 6/4 GHz und zwei Ku-Band-Transponder mit 14/12 GHz an Bord. Das Antennenmodul bestand aus 28 Einzelstrahlern. Hinzu kamen vier kleine Antennen, die für die Kommunikation mit dem Satelliten selbst benötigt wurden. Die Solarflächen waren dreiteilig und hatten Ausmaße von 3,81 x 3,81 Meter und erzeugten 1.850 Watt elektrische Leistung. Der Kommunikationssatellit konnte bis zu 300 Mbit Daten pro Sekunde übertragen. Nach den üblichen Checks des Satelliten und der Raketenstufe wurden die Verriegelungen an der Haltestruktur gelöst und der Satellit bis auf 29 Grad aus dem Frachtraum heraus geschwenkt. Nach abschließenden Kommunikationstests wurde die Kombination TDRS-C und IUS-Oberstufe bis auf 59 Grad in die Aussetzposition geschwenkt. Auf Knopfdruck gaben vorgespannte Federn das Gespann mit einer Gesamtmasse von 17 Tonnen frei, sodass es langsam aus dem Frachtraum geschoben wurde. Um den Abstand zu vergrößern, flog die Discovery dann ein Bahnänderungsmanöver und drehte dem Gespann zusätzlich die Unterseite des Orbiters zu. Dadurch sollten Verunreinigungen durch Abgase der IUS-Oberstufe vermieden werden. Rund 45 Minuten später zündete die erste IUS-Stufe, gefolgt von der zweiten Stufe. Der Satellit wurde damit erfolgreich in den geostationären Erdorbit gebracht. In seiner endgültigen Position erhielt er die Bezeichnung TDRS-West.

Eine Störung im Klimasystem der Raumfähre führte dazu, dass die Kabinentemperatur zwischen 25 und 30 Grad Celsius lag. Die Astronauten wurden angewiesen, möglichst viel zu trinken. Sie zeigten sich in Shorts und kurzärmeligen T-Shirts.

Probleme traten am zweiten Flugtag mit der Ku-Band-Antenne auf. Als sie vor einer TV-Übertragung ausgefahren und ausgerichtet werden sollte, bewegte sich die Antenne nicht wie vorgesehen. Als die Antenne deshalb in Ruheposition gefahren werden sollte, bewegte sie sich erst nicht und begann dann zu vibrieren. In dieser Stellung konnte sie nicht bleiben, weil sonst vor der Landung die Frachtraumtüren nicht hätten geschlossen werden können. Erst nachdem Frederick Hauck die Stromzufuhr unterbrochen hatte und die Antenne manuell in Ruheposition gebracht hatte, konnte das Problem behoben werden.

In den verbleibenden Flugtagen hatte die Besatzung ausreichend Zeit, sich den sekundären Nutzlasten zu widmen:

"Automated Directional Solidification Furnace" (ADSF): Mit diesem Experiment sollte bewiesen werden, dass das Einschmelzen und Wiedererstarren von Metallproben erfolgreich unter Weltraumbedingungen durchgeführt werden kann. In vier kleinen Schmelzöfen wurden Mangan-Wismut-Legierungen geschmolzen. Nach dem Wiedererstarren waren die beiden Metalle homogener als auf der Erde verteilt. Das Experiment war bereits bei STS-51G an Bord.

"Aggregation of Red Blood Cells" (ARC): Untersucht wurde die Geschwindigkeit von Blutverklumpungen sowie deren Größe und Struktur beim Blut von acht Patienten mit Herzkrankheiten, Krebs, Bluthochdruck und Diabetes. ARC flog bereits mit STS-51C.

"Isoelectric Focusing Experiment" (IEF): Dies war ein Experiment zur Elektrophorese. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes begannen die verschiedenen Bestandteile biologischer Lösungen so zu wandern, dass sich ihre Oberflächenspannung auf null ausgleichen konnte. Das Experiment war bereits mit STS-41B im All.

"Meoscale Lightning Experiment" (MLE): Ziel des Experiments war es, auf der Nachtseite der Erde Aufnahmen von Blitzen zu machen. Es sollte herausgefunden werden, wie sich Blitzentladungen gegenseitig beeinflussen.

"Protein Crystal Groth Experiment" (PCG): Dabei ging es um die Herstellung sehr großer Proteinkristalle und anderer organischer Makromoleküle mit möglichst fehlerfreier Struktur. Gegenüber den früher eingesetzten Systemen war unter anderem eine präzise Temperaturregelung möglich.

"Phase Partitioning Experiment" (PPE): In einem Plexiglasbehälter, der in 18 Kammern aufgeteilt ist, befand sich in jeder Kammer eine Kugel und eine Lösung. Diese Lösungen sind auf der Erde nicht durchmischbar. Eine kleinere Variante des Versuchs war bereits mit STS-51D im Weltall.

"Physical Vapor Transport of Organic Solids" (PVTOS): Damit sollten hauchdünne Schichten aus organischem Material gewonnen werden. Dieses Experiment flog bereits bei der Mission STS-51I.

"Earth-Limb Radiance Experiment" (EL-RAD): Das Experiment diente zur Verbesserung raumfahrttechnischer Systeme. Dazu sollte der Erdhorizont kurz vor und nach Sonnenaufgang fotografiert werden. Die Ergebnisse sollten in die Entwicklung eines neuen Horizontsensors einfließen.

"Infrared Communications Flight Experiment" (IRCFE). Es war der Test eines neuartigen Kommunikationssystems. Es bestand aus drei Infrarot-Empfängern und drei Transmittern. George Nelson trug einen IR-Sender/Empfänger. Von ihm gesprochene Worte strahlte IRCFE als Signal an den nächstgelegenen Transmitter, Von dort wurde es an die Basiseinheit weitergegeben und in das normale Kommunikationsnetz der Discovery eingespeist.

"Shuttle Student Involvement Project" (SSIP): Die beiden Studentenexperimente beschäftigten sich mit materialwissenschaftlichen Untersuchungen.

"Orbiter Experiments Autonomous Supporting Instrumentation System" (OASIS): Eine komplexe Anordnung von Sensoren im Frachtraum zeichnete eine Vielzahl von Parametern (Beschleunigungen, Drücke, Temperaturen, akustische Belastung, mechanische Belastung) auf.