Nach einem Fehlstart mit dem weitgehend baugleichen OSO-​C (Orbiting Solar Observatory) im Jahr 1965 gelang der NASA am 08.03.1967 mit einer Delta-​C von Cape Canaveral der Start von OSO 3 (OSO-​E, S-​57a), der die umfassenden astronomischen Untersuchungen der Sonne, die seine Vorgänger begonnen hatten, erfolgreich fortsetzte. Die Messungen erfolgten im UV-​, Röntgen– und Gammastrahlungsbereich. Instrumentiert worden war OSO 3 hauptsächlich mit Reservegeräten von OSO-​C. Die wissenschaftliche Ausrüstung umfaßte den Ultraviolet Scanning Monochromator, das Solar Spectrometer, den Thermal Radiation Emissivity Detector, sechs Earth Albedo Telescopes, ein Set von Direction Radiometer Telescopes, einen Celestial Gamma-​Ray Detector, den Solar X-​Ray Detector, den Cosmic Ray Charge Spectrum Detector und das Solar X-​Ray Telescope. Erstmals hatte die NASA zudem den synchronen Einsatz von zwei OSOs geplant. Zwei bis drei Monate nach OSO-​E sollte der ähnlich instrumentierte OSO-​D folgen. Tatsächlich verzögerte sich der Start des zweiten Satelliten aber bis zum Oktober 1967. Im Juli 1968 fiel der zweite Datenrekorder an Bord von OSO 3 aus, wodurch fortan nur noch der Direktempfang der Daten möglich war. Schließlich wurde der Satellit am 10.11.1969 in den stand-​by Modus geschaltet. Kurz darauf fiel er aber endgültig aus und mußte aufgegeben werden. Die Designlebensdauer von einem halben Jahr hatte der Satellit da allerdings bereits deutlich überschritten.