Der Start erfolgte von Cape Canaveral (KSC). STS-38 landete auch wieder in Cape Canaveral (KSC), Runway 33.

Der Start war ursprünglich für Juli 1990 geplant gewesen. Aufgrund eines Wasserstofflecks, das am Shuttle Columbia während des Countdowns zu STS-35 gefunden worden war, wurden mehrere Auftanktests an der Atlantis vorgenommen. Dabei bestätigte sich die Existenz des Lecks. Das Problem konnte nicht vor Ort behoben werden, so wurde die Atlantis am 09. August 1990 zurück zur Konstruktionshalle gebracht. Da gleichzeitig die Columbia (Mission STS-35) zur Startrampe transportiert wurde, musste die Atlantis ungefähr einen Tag ungeschützt im Freien verbringen. Sie erlitt dabei während eines Gewitters leichte Schäden.

Nach den Reparaturarbeiten wurde das Space Shuttle wieder für den Start vorbereitet. Dabei wurden durch einen Fehler während der Arbeiten abermals kleinere Schäden verursacht, die vor Ort repariert werden konnten. Am 12. Oktober 1990 rollte die Atlantis zur Startrampe 39A. Der Start wurde dann für 09. November 1990 festgelegt. Aufgrund von Problemen mit der Nutzlast musste der Termin für den Start von STS-38 auf den 15. November 1990 verschoben werden.

Bei STS-38 handelte sich um eine weitere Militärmission des Space Shuttle mit entsprechender Geheimhaltung. Die Besatzung setzte den ELINT-Aufklärungssatelliten AFP-658 (Magnum-3; USA-67) über dem Krisengebiet Persischer Golf / Kuwait / Irak aus. Unbestätigten Meldungen zu Folge wurde während dieser Mission auch noch ein zweiter Satellit, den man Prowler nannte, ausgesetzt.

Wegen zu starker Seitenwinde am eigentlich vorgesehenen Landeort Edwards AFB wurde die Mission um einen Tag verlängert und anschließend bei weiterhin gleich schlechten Witterungsverhältnissen wurde die Landung zum KSC verschoben.