Columbia hob von Cape Canaveral (KSC) ab und erreichte die Erdumlaufbahn. Die neue Raumfähre landete auf der Edwards AFB, Runway 23. Ein erster Startversuch zwei Tage vorher musste wegen Computerfehlern abgebrochen werden. Einige Computer liefen nicht synchron.

STS-1 war der erste Testflug des neuen Space Shuttle, bei dem alle Flugsysteme einer vollständigen Erprobung unterzogen wurden. Die einzige Nutzlast der Mission war ein Flugüberwachungssystem DFI (Development Flight Instrumentation), bestehend aus Sensoren und Messinstrumenten, um Daten über alle entscheidenden Flugabschnitte aufzuzeichnen.

Nach einer Flugzeit von sieben Stunden wurde die Umlaufbahn auf knapp 280 Kilometer angehoben. Danach stand der Einsatz der Lageregelungstriebwerke (Reaction Control System, kurz RCS) auf dem Programm. Der Orbiter ist mit 38 dieser RCS-Düsen ausgestattet. Die Astronauten berichteten, dass sich die Columbia präzise steuern ließ. Das Zündungsgeräusch verglichen sie mit einer in der Ferne abgefeuerten Haubitze.

Am zweiten Flugtag verbrachten John Young und Robert Crippen mehrere Stunden mit einem Reparaturversuch. Die Flugkontrolleure hatten zuvor festgestellt, dass einer der Datenrekorder defekt war. Er gehörte zum DFI-Flugüberwachungssystem, das wichtige Daten über den technischen Zustand der Raumfähre und den Flugverlauf aufzeichnete. Jeder der drei DFI-Rekorder hatte eine Bandkapazität von sechs Stunden. Ein Gerät war auf Dauerbetrieb gegangen und ließ sich nicht mehr abschalten. Dies bedeutete, essentielle Informationen vom Landeanflug hätten für eine Auswertung nicht zur Verfügung gestanden, weil das Magnetband bereits vor dem Wiedereintritt sein Ende erreicht hätte.

Die Ingenieure baten deshalb die Flugleitung, eine unvorhergesehene Reparatur anzuordnen, um den defekten Rekorder durch ein an Bord befindliches Ersatzgerät auszutauschen. Der Flugdirektor willigte ein. John Young und Robert Crippen wurde das nötige Vorgehen erklärt. Gegen 22:45 UTC machten sie sich an die Arbeit. Das betreffende Gerät war über das Mitteldeck zu erreichen. Dazu mussten zwei Verkleidungsbleche entfernt werden, die mit zwei Dutzend Schrauben befestigt waren. Die veranschlagten anderthalb Stunden waren lange vorbei, als Robert Crippen das Kontrollzentrum informierte, dass die Schrauben dermaßen festgezogen seien, dass sie erst etwa die Hälfte gelöst hätten. Resignierend fügte er hinzu, dass er bezweifele, die Schrauben selbst auf der Erde lösen zu können. Houston ließ darauf die Reparatur abbrechen.

Die zweite und letzte Nacht im Orbit verlief im Gegensatz zur ersten etwas turbulenter. Am 14. April 1981 gegen 04:00 UTC weckte ein Alarm die Astronauten. Eine der drei Hilfskraftanlagen (Auxiliary Power Units, kurz APUs), die den Hydraulikdruck für die bei der Landung erforderlichen Ruderflächen erzeugen, zeigte eine zu geringe Betriebstemperatur. Das Problem wurde durch Zuschalten der Heizung gelöst. Danach konnten John Young und Robert Crippen noch ein paar Stunden schlafen. Geweckt wurden sie offiziell um 08:41 UTC. Zu dem Zeitpunkt waren sie jedoch schon längst wach.

Noch immer bereitete die APU, die in der Nacht für Aufregung gesorgt hatte, Sorgen. Sie kühlte zu stark aus. Es war zu befürchten, dass sie sich später nicht einschalten lassen würde. Eine Raumfähre braucht zur Landung zwei betriebsbereite APUs.

Nach dem Frühstück justierte John Young die drei IMU-Trägheitsmesser (Inertial Measurement Units) des Orbiters für die Landung. Sie sind Teil des Navigationssystems und versorgen es mit Daten zur Lage und des Beschleunigungsvektors der Fähre. Anschließend wurden noch einige RCS-Tests absolviert, bevor man mit den Landevorbereitungen begann.

Alle drei APUs arbeiteten bei der Landung wie erwartet. Die auffällig gewordene Einheit hatte man vor allen anderen gestartet, um deren Verhalten zu beobachten. Sicherheitshalber wurde die Hauptarbeit während der gesamten Mission von zwei APUs übernommen, damit man beim Ausfall einer Einheit auf die dritte zurückgreifen konnte.

John Young bestritt als Erster fünf Weltraummissionen.