挑战者号航天飞机为 STS-61-A 任务升空，这是它最后一次成功的任务。
STS-61-A（也称为 Spacelab D-1）是 NASA 航天飞机计划的第 22 次任务。这是一项由西德资助和指导的科学太空实验室任务，因此非美国宇航局指定 D-1（代表 Deutschland-1）。 STS-61-A 是挑战者号航天飞机第九次也是最后一次成功飞行。 STS-61-A 保持着从发射到着陆的整个期间乘坐任何单个航天器的最大机组人员（8 人）的当前记录。
该任务将 NASA/欧洲航天局 (ESA) 太空实验室模块送入轨道，船上进行了 76 个科学实验，并被宣布成功。有效载荷操作由位于西德奥伯法芬霍芬的德国太空操作中心控制，而不是由常规的 NASA 控制中心控制。这是第一次包含来自美国或苏联以外的任何单一国家的多名机组人员的太空飞行。
挑战者号航天飞机（OV-099）是由罗克韦尔国际制造并由美国宇航局运营的航天飞机轨道器。挑战者号以 19 世纪环游世界的科学考察的指挥舰命名，是继哥伦比亚号之后第二个飞入太空的航天飞机轨道飞行器，并于 1983 年 4 月首飞。它于 1986 年 1 月发射后不久被摧毁在一次事故中，机上七名机组人员全部遇难。最初是作为不用于太空飞行的测试物品制造的，它被用于航天飞机轨道器结构设计的地面测试。然而，在美国宇航局发现他们最初升级企业号航天飞机的计划将比升级挑战者号更昂贵后，轨道飞行器被迫在航天飞机计划中投入运营服务。从哥伦比亚的第一次轨道飞行中吸取的教训导致挑战者的设计拥有更少的热保护系统瓷砖和更轻的机身和机翼。这导致它比哥伦比亚号轻 1,000 公斤（2,200 磅），但仍比发现号重 2,600 公斤（5,700 磅）。
在其三年的运营中，挑战者号在航天飞机计划中执行了 10 次任务，在太空中度过了 62 多天，并完成了近 1,000 次环绕地球的轨道。在首飞之后，挑战者取代哥伦比亚成为航天飞机机队的领导者，成为其三年运营期间飞行次数最多的轨道飞行器，而哥伦比亚本身在同一时间段内很少使用。挑战者号被用于许多民用卫星发射，例如第一颗跟踪和数据中继卫星、帕拉帕 B 通信卫星、长时间曝光设施和地球辐射预算卫星。它还被用作载人机动装置（MMU）的试验台，并作为修复发生故障的 SolarMax 望远镜的平台。此外，1985 年，该轨道器连续执行了三项 Spacelab 任务，其中一项是德国首次载人航天任务。挑战者号搭载的乘客包括第一位美国女宇航员、第一位美国女太空行走者、第一位非裔美国宇航员和第一位加拿大宇航员。
在 1986 年 1 月的第十次飞行中，挑战者号在升空 73 秒后解体，杀死了 STS-51-L 的七名机组人员，其中包括克里斯塔·麦考利夫，他将成为太空中的第一位教师。不久后召开的罗杰斯委员会会议得出的结论是，挑战者的一个固体火箭助推器中的一个 O 形密封圈未能容纳从助推器中泄漏的加压燃烧气体，导致挑战者的外部储罐结构失效，并导致轨道飞行器随后因空气动力而解体. NASA 的组织文化也受到罗杰斯委员会的审查，而航天飞机计划取代美国一次性发射系统的目标也受到质疑。挑战者号及其机组人员的损失导致该计划的范围广泛重新调整，并且它的许多方面——例如从范登堡、MMU 和航天飞机半人马座的发射——被取消以提高机组人员的安全；挑战者号和亚特兰蒂斯号是唯一经过改装以进行航天飞机-半人马座发射的轨道飞行器。回收的轨道飞行器残骸大部分被埋在位于卡纳维拉尔角 LC-31 的导弹发射井中，尽管肯尼迪航天中心游客中心展出了一件。