STS-43 startete von Cape Canaveral (KSC) und landete auch wieder in Cape Canaveral (KSC), Runway 15.

Ursprünglich war der Start für den 23. Juli 1991 geplant, wurde aber zunächst auf den nächsten Tag verschoben, um Zeit für den Austausch einer falsch montierten Elektronik zu haben, die den Abwurf der beiden Feststoffraketen kontrolliert. Die Mission wurde rund fünf Stunden vor dem geplanten Start am 24. Juli 1991 aufgrund eines fehlerhaften Motorsteuergeräts am Hauptmotor erneut aufgeschoben. Damit das Steuergerät ersetzt und auf Funktionalität geprüft werden konnte, wurde der Start auf den 01. August 1991 verschoben. Der Start musste schließlich wegen schlechten Wetters erneut um einen Tag verschoben werden.

Fünfeinhalb Stunden nach dem Start manövrierten John Blaha und Michael Baker die Atlantis in die Position, aus der TDRS/IUS ausgesetzt werden sollte. Wenige Minuten vor der Aussetzung drehte dann Shannon Lucid das Gespann in die 59 Grad Lage. Pünktlich sechs Stunden und 12 Minuten nach dem Abheben wurde die TDRS/IUS-Kombination ausgesetzt. Sie verließ langsam die Halterung und überflog dann planmäßig die Crewkabine. Beim Aussetzen schwebte ein ungefähr 1,6 x 0,7 Meter großes stabförmiges Gebilde aus der Nutzlastbucht heraus. Nach den Feststellungen der NASA handelte es sich dabei wohl um Eis. Erste Vermutungen, es könne sich um ein Stück der IUS handeln, bestätigten sich somit nicht. Um die Entfernung zwischen den Shuttle und der TDRS/IUS-Kombination zu vergrößern, wurde ein Trennungsmanöver geflogen. Außerdem drehten die Astronauten die Atlantis so, dass die Fensterscheiben vor Treibstoffabgasen beim Zünden der IUS-Rakete geschützt waren. Genau eine Stunde nach dem Aussetzen wurde die erste Stufe der IUS für 147 Sekunden gezündet. Später erfolgte die Zündung der zweiten Stufe für 112 Sekunden. Hierdurch erreichte TDRS-E die geplante geostationäre Erdumlaufbahn. Es war der fünfte Satellit dieser Baureihe.

Die sekundäre Nutzlast bestand aus: Space Station Heat Pipe Advanced Radiator Element II (SHARE II), Shuttle Solar Backscatter Ultra-Violet (SSBUV) Instrument, Tank Pressure Control Equipment (TPCE) und Optical Communications Through Windows (OCTW). Weitere Experimente waren: Auroral Photography Experiment (APE-B) Protein Crystal Growth Ill (PCG Ill), Bioserve / Instrumentation Technology Associates Materials Dispersion Apparatus (BIMDA), Investigations Into Polymer Membrane Processing (IPMP), Space Acceleration Measurement System (SAMS), Solid Surface Combustion Experiment (SSCE), Ultraviolet Plume imager (UVPI); und das Air Force Maui Optical Site (AMOS) Experiment. Mit dem SHARE II-Experiment wurde ein mögliches künftiges Kühlsystem für die Raumstation getestet.

Das SSBUV-Experiment (Shuttle Solar Backscatter Ultraviolett) hatte die Aufgabe, die Ozonschicht der Erdatmosphäre zu untersuchen. Sinn und Zweck des Experimentes ist die Eichung von Instrumenten an Bord der Satelliten NOAA-9 und NOAA-11.

Nachdem das "Space Station Heat Pipe Advanced Radiator Element" (SHARE)-Experiment während der Mission STS-29 wegen Blasenbildung nicht zufriedenstellend verlief, wurde es überarbeitet. Bei STS-43 wurden zwei Versionen getestet. Beide Tests verliefen erfolgreich. Mit diesem Versuch sollte eine Möglichkeit gefunden werden, die in einer Raumstation entstehende Wärme abzuführen. Hierzu wird in einer Röhre befindliches Ammoniak mit der Überschusswärme erhitzt, bis es gasförmig ist. Das erwärmte Gas strömt zum anderen Ende (etwa 15 Meter entfernt). Dort wird es wieder zu flüssigem Ammoniak kondensiert und fließt wieder zum Anfang der Röhre.

Mit dem Experiment "Optical Communications Through Shuttle Window" (OCTW) wurden zur Übertragung von Daten zur Nutzlastbucht anstelle der normalen Drahtverbindungen Fiberglasverbindungen getestet. Anfängliche Schwierigkeiten mit optischen Verbindungselementen konnten behoben werden.

Das Experiment "Protein Crystal Growth" (PCG-III) war für die medizinische Forschung von großem Interesse. Um Untersuchungen angemessen durchführen zu können, muss das Proteinkristall allerdings die Größe eines Salzkornes haben. Auf der Erde lassen sich solche Größen nicht produzieren.

Im "Solid Surface Combustion Experiment (SSCE) entsteht eine ballförmige Flamme, also anders als die Form der Kerzenflamme auf der Erde. Das Experiment diente der Entwicklung von Methoden zur Feuerbekämpfung auf einer Raumstation.

Das "Space Acceleration Measurement System" (SAMS) diente zur Messung von Beschleunigungen währen eines Shuttle-Fluges. Es soll herausgefunden werden, wie groß die Störung der Mikrogravitation durch normale Aktivitäten im Shuttle ist. An Hand der Daten können Rückschlüsse auf durchgeführte oder noch durchzuführende Experimente gezogen werden.

Beim Experiment "Investigations into Polymer Membrane Processing" (IPMP) waren die Wissenschaftler daran interessiert, die chemischen und physikalischen Prozesse zu verstehen, die während der Bildung von Polymer Membranen ablaufen. Solche Membrane sind seit Jahren im Einsatz, um den Sauerstoffanteil der Luft zu erhöhen, um Wasser zu entsalzen oder bei der Nierenwäsche.

Beim "Tank Pressure Control Experiment" (TPCE) ging es darum, verschiedene Mischungen zu testen, Druckverhältnisse und Flüssigkeitstemperaturen zu testen.

Um die Nord- und Südpolarlichter zu studieren, flog das "Auroral Photography Experiment B" (APE-B) mit. Dabei wurde das sogenannte "Shuttle-Glühen" fotografiert. Dieser Effekt entsteht, wenn der Orbiter durch atomaren Sauerstoff fliegt. Ziel dieses Experimentes der USAF war es, Sensoren zu entwickeln, die in der Erdumlaufbahn anvisierte Ziele vom Hintergrund unterscheiden zu können.

Das "Air Force Maui Optical System" (AMOS) ist ein elektrisch-optisches Experiment, dass auf der Hawaii-Insel Maui installiert ist und das den Orbiter auf seiner Umlaufbahn sowie Triebwerkszündungen oder das Ablassen von Wasser verfolgt.

Die Crew war während der gesamten Mission gut beschäftigt und konnte kleinere Probleme an Bord lösen. So fiel das Kühlsystem für das Auxiliary Power Unit (APU) 2 aus, was aber nicht zu Einschränkungen führte. Für die Landung war APU 2 dennoch einsatzbereit.