O godzinie 17.29 czasu polskiego, z trzy minutowym opóźnieniem, prom kosmiczny Atlantis udał się w misję na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). To 135. lot amerykańskich wahadłowców i zarazem ostatni. Kolejne załogi zmierzające na ISS będą korzystały z rosyjskich jednostek Sojuz, a potem z nowych statków zbudowanych przez prywatne firmy.
Trzyminutowe opóźnienie spowodowane zostało awarią zegara, który odliczał czas do startu. Urządenie nagle zatrzymało się, wskazując 00:31. Dwie minuty po starcie, gdy Atlantis poruszał się z prędkością 11 265 km/h, nastąpiło odłączenie rakiet nośnych. Wpadły one do Atlantyku, skąd zostaną wyłowione. Po 8,5 min prom osiągnął położoną na wysokości 225 km orbitę przy pomocy trzech silników kriogenicznych.
Atlantis poleciał po raz pierwszy 3 października 1985 roku. Dokował zarówno do stacji Mir, jak i Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Ten statek jako pierwszy zabrał ze sobą w przestrzeń kamerę zamontowaną na zewnętrznym zbiorniku paliwa. Dzisiejszy start był ostatnim wyjściem w kosmos amerykańskiego wahadłowca, gdyż NASA postanowiła zrezygnować ze swej floty promów kosmicznych. Powodem takiej decyzji są przede wszystkim wysokie koszty utrzymania jednostek. Agencja chce również uwolnić środki na prowadzenie nowych programów, w tym lotów na Księżyc i Marsa.
