STS-68 startete von Cape Canaveral (KSC) und landete auf der Edwards AFB, Runway 22.

Der Start war schon für den 18. August 1994 vorgesehen. Während des Countdowns traten zwar kleinere technische Probleme auf, die aber alle zeitgerecht gelöst werden konnten. Die drei Haupttriebwerke der Endeavour zündeten pünktlich acht Sekunden vor dem Start. Bei deren Anlaufen hatte einer der beiden Sensoren am Ausgang der Hochdruck-Turbopumpe für den flüssigen Sauerstoff eine knapp über dem erlaubten Limit liegende Temperatur festgestellt. Daraufhin begann der Bordrechner bei T-1,9 Sekunden die Triebwerke in kurzen Intervallen abzuschalten. Das letzte Haupttriebwerk wurde erst bei T+0,6 Sekunden abgeschaltet. Dies war extrem kurz vor dem Zünden der beiden Feststoffbooster. So kam der fünfte "Launch Pad Abort" in der Geschichte der Space Shuttles zustande. Die vier anderen "Launch Pad Abort" traten bei STS-41D, STS-51F, STS-55 und STS-51 auf.
Durch die extrem späte Abschaltung der Haupttriebwerke - die Countdown-Uhr zeigte "T+00:00:00" an - war die NASA nur knapp einem "Return to Launch Site" (RTLS) entkommen. Hätten die Feststoffraketen bereits gezündet, dann wäre ein Start der Endeavour unvermeidlich gewesen. Für den Fall, dass während des Aufstiegs in den Orbit ein oder mehrere Haupttriebwerke ausfallen, hat die NASA je nach Schwere und Zeitpunkt verschiedene Szenarien entwickelt:
Falls während der ersten Minuten mehrere Triebwerke ausfallen, kann der Orbiter wahrscheinlich keinen festen Boden mehr erreichen. Dann tritt der sogenannte "Contingency Abort" ein, bei dem der Orbiter in eine stabile Fluglage gebracht wird und die Besatzung das Space Shuttle mit Hilfe des neuen, nach der Challenger-Katastrophe eingeführten "In-Flight Crew Escape System", verlässt. Der Orbiter würde in den Atlantik stürzen, während die Crew möglicherweise gerettet wäre.
Falls nur ein Triebwerk ausfällt, unterscheidet die NASA zwischen vier Varianten:
Beim "Abort To Orbit" (ATO), also dem Abbruch in den Orbit, geschieht der Triebwerksausfall recht spät (etwa ab T+5 Minuten 30 Sekunden), sodass der Orbiter eine niedrigere, aber stabile, Erdumlaufbahn erreichen kann. Der einzige ATO trat bei STS-51F auf.
Tritt der Triebwerksausfall ab etwa T+4 Minuten 30 Sekunden auf und eine sichere Umlaufbahn ist nicht mehr zu erreichen, kommt es zu einem "Abort Once Around" (AOA), also einem Abbruch mit einer Erdumrundung. Im Apogäum würde ein "Deorbit Burn" erfolgen, der zu einer weitgehend normalen Landung auf einem der drei für den AOA vorgesehenen Notlandeplätze (Kennedy Space Center, Edwards AFB oder White Sands) führen würde. Die Flugzeit würde dann etwa 90 Minuten betragen.
In einer kurzen Zeitspanne von etwa 30 Sekunden vorher ergibt sich die Möglichkeit zu einer "Transatlantic Landing" (TAL), also einer Landung jenseits des Atlantiks. In diesem Fall würde der Orbiter in einer ballistischen Flugbahn über den Atlantik fliegen und einen in Europa oder Afrika gelegenen Notlandeplatz ansteuern. Bei einer TAL würde sich der Orbiter nach einer Rolle um die Längsachse in der richtigen aufrechten Lage befinden. Anschließend würde durch Abbrennen von Treibstoff das Gewicht des Shuttles verringert und so eine günstigere Lage des Schwerpunktes erreicht werden.
Gefürchtet war bei der NASA ein sogenannter "Return to Launch Site" (RTLS), also eine Rückkehr zum Startplatz. Die Möglichkeit zum RTLS besteht nur bis etwa T+4 Minuten. Mit dem Kommando "Negative Return" ist der Zeitraum überschritten. Der RTLS verlangt Flugmanöver, die bis an die äußerste Belastungsgrenze des Space Shuttle gehen. Allerdings ist er bei einem Triebwerksausfall während der ersten drei Minuten die einzige Chance für eine sichere Landung. Bei einem RTLS brennen die verbliebenen Haupttriebwerke zunächst weiter bis die Feststoffraketen ausgebrannt und abgesprengt sind. Danach leitet die Besatzung bei etwa T+2 Minuten 20 Sekunden den RTLS Abort ein. Zunächst fliegt der Orbiter zusammen mit seinem Außentank noch weiter entlang der nominalen Aufstiegsbahn. Dies ist notwendig, um überschüssigen Treibstoff aus dem Außentank zu verbrauchen. Am höchsten Punkt dieser Bahn wird das Shuttle mit einem sogenannten "Pitch Maneuver" um 180 Grad gedreht. Der Orbiter fliegt nun rückwärts bei weiterhin laufenden Haupttriebwerken. Diese bauen nun die Geschwindigkeit ab und leiten die Umkehrung der Bewegungsrichtung ein. Dabei treten extrem hohe Belastungen für die Struktur des Orbiters auf. Zunächst wird dann weiter Treibstoff verbraucht, um die Schwerpunktlage zu optimieren. Wenn der Außentank bis auf eine Restmenge von etwa 2 Prozent seiner ursprünglichen Treibstoffmenge geleert ist, wird er abgesprengt. Danach folgt ein fast normaler Landeanflug auf dem Kennedy Space Center. Der Flug hätte etwa 25 Minuten gedauert.
Ein RTLS Abort war bei keinem Shuttle-Start erforderlich, allerdings war man nie so nahe daran, wie bei STS-68. 80 hundertstel Sekunden später wäre die Endeavour gestartet und ein RTLS Abort wäre nicht zu vermeiden gewesen.
STS-68 wurde für Untersuchungen zurück ins VAB gerollt und kehrte erst wieder am 13. September 1994 auf die Startrampe zurück. Als neuer Starttermin wurde der 30. September 1994 festgelegt.

Da die Radaraufnahmen und die anderen wissenschaftlichen Experimente rund um die Uhr laufen sollten, war die Besatzung in zwei 12-Stunden-Schichten eingeteilt. Dem roten Team gehörten Michael Baker, Terrence Wilcutt und Peter Wisoff an, während sich das blaue Team aus Steven Smith, Daniel Bursch und Thomas Jones zusammensetzte.

Mit dem Flug wurde die Mission "Space Radar Laboratory" (SRL-2) durchgeführt. SRL-2 lieferte Radaraufnahmen für systematische wissenschaftliche Studien für die Geologie, Geographie, Hydrologie, Ozeanographie, für die Landwirtschaft und die Botanik. Das SRL umfasst das "Spaceborne Imaging Radar-C/X-Band-Synthetic Aperture Radar" (SIR-C/x-SAR) und die Messung der Umweltverschmutzung durch Satelliten (MAPS). Die Deutsche Raumfahrtagentur (DARA) und die Italienische Raumfahrtagentur (ASI) beaufsichtigten das X-SAR-Gerät. Das bildgebende Radar der SIR-C/X-SAR-Instruments ist in der Lage, Messungen praktisch von jeder Region, zu jeder Zeit zu machen, ungeachtet der Wetterbedingungen oder der Sonnenlichtverhältnisse. Die Daten des SIR-C/X-SAR lieferten Informationen darüber, wieviel im komplexen System Erde Prozesse, die die Bewegung von Land, Wasser, Luft und Lebensformen steuern, zusammenwirken, um sie zu einem bewohnbaren Planeten zu machen. Das wissenschaftliche Team wollte besonders die Masse der Vegetationsbedeckung erforschen, den Umfang der Schneegebiete (Snow packs), der Feuchtgebiete, die geologischen Eigenschaften von Gesteinsarten und ihre Verteilung, vulkanische Aktivitäten, die Höhe von Meereswellen und Windgeschwindigkeiten. STS-68 flog über dieselben Gebiete, die schon von STS-59 beobachtet wurden, sodass die Geowissenschaftler Jahreszeiten-bedingte Wechsel untersuchen konnten, die in diesen Bereichen zwischen den Missionen auftraten.

Ein internationales Untersuchungsteam von 49 Wissenschaftlern und 3 Partnern leitete die Experimente des SIR-C/X-SAR. 13 Nationen waren vertreten: Australien, Österreich, Brasilien, Kanada, China, Großbritannien, Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Mexico, Saudi Arabien und die USA. Das MAPS-Experiment maß die globale Verteilung von Kohlenmonoxid in der Troposphäre oder den darunter liegenden Schichten. Messungen des Kohlenmonoxids, ein wichtiges Molekül in mehreren chemischen Kreisläufen, liefern den Wissenschaftlern Nachweise darüber, wie gut die Atmosphäre sich selbst von Treibhausgasen reinigen kann, also von den chemischen Bestandteilen, die die Temperatur der Erdatmosphäre erhöhen.

STS-68 sorgte für die Fortsetzung des GAS-Programms der NASA. Das Projekt gibt einem Forscher oder einer Organisation die Möglichkeit, ihre Experimente im Weltraum während einer Shuttle-Mission durchzuführen. Zwei Universitäten, die North Carolina A&T State University und die Universität von Alabama in Huntsville und die schwedische Space Corporation „Soina“ hatten kleine selbstständige Nutzlasteinheiten, die während der Mission mitflogen. Andere GAS-Einheiten in der Nutzlastbucht enthielten 500.000 Erinnerungsbriefmarken für den U.S. Post Service in Gedenken an den 25. Jahrestag der Mondlandung von Apollo 11.

Versuche zur Interferometrie und Vulkanbeobachtungen wurden vorgenommen. Daneben gab es biologische und materialwissenschaftliche Experimente, so erstmalig das "Biological Research in Canister" (BRIC) zur Messung der Auswirkungen der Mikroschwerkraft, und das "Military Applications of Ship Tracks" (MAST), ein militärisches Programm zur Untersuchung von Schiffsrouten, das zum zweiten Mal zum Einsatz kam.

Die Landung sollte eigentlich auf Cape Canaveral (KSC) erfolgen. Dort hatten sich aber dicke Wolkenformationen gebildet und das Wetter verschlechterte sich zusehends. Daraufhin wurde entschieden, noch am gleichen Tag auf der Edwards AFB zu landen.