Eine Thorad-​SLV2G Agena-​D beförderte am 14.04.1969 für die NASA den meteorologischen Satelliten Nimbus 3 (Nimbus-​B2) als Ersatz für den 1968 bei einem Fehlstart verlorengegangenen Nimbus-​B auf eine Umlaufbahn. Am 11.04.1969 war ein erster Countdown vor der Betankung der Agena-​Stufe abgebrochen worden, als sich abzeichnete, daß die parallel laufenden Vorbereitungen für eine USAF Mission in die finale Phase eingetreten waren. Da diese höhere Priorität hatte, hielt man den Countdown für die NASA Mission an dieser Stelle an, um ihn am nächsten Tag wieder aufzunehmen. Der nächste Countdown verlief zunächst auch reibungslos, bis Sensoren im Umfeld der Agena eine auffällige Konzentration von Treibstoffdämpfen anzeigten. Da die Quelle nicht unmittelbar zu identifizieren war, wurde der Startversuch am Morgen des 12.04.1969 abgebrochen. Nach dem Enttanken fand sich das winzige Leck an einem Ventil — und erwies sich als unkritisch. Sicherheitshalber improvisierte man einen Auffangbehälter für den hier entweichenden Treibstoff, damit die Detektoren nicht weiter irritiert wurden. Der dritte Countdown verlief dann erfreulich unproblematisch.
Der Nimbus 3 Satellit lieferte Wetterbilder im sichtbaren, IR– und UV-​Bereich. Unter den neun Experimenten an Bord befand sich auch ein IR-​Spektrometer, das erstmals vertikale Temperaturprofile der Atmosphäre anfertigte und die Wasserdampf– und Ozonkonzentration ermittelte. Das 8-​kanalige Satellite Infrared Spectrometer (SIRS) revolutionierte die Wettervorhersage. Allerdings stellte die schiere Menge an Daten, die das Instrument lieferte, die Experten zunächst vor große Probleme. Zur weiteren Ausrüstung von Nimbus 3 zählten das Interrogation, Recording, and Location System (IRLS) zur Abfrage automatischer Meßstationen rund um den Globus, das Infrared Interferometer Spectrometer (IRIS), das Monitor of Ultraviolet Solar Energy (MUSE) Experiment, das Image Dissector Camera System (IDCS) als Nachfolger des früher eingesetzten Advanced Vidicon Camera System (AVCS) und das High-​Resolution Infrared Radiometer (HRIR). Inzwischen deckten die Instrumente 28 Kanäle des Spektrums ab gegenüber drei bei Nimbus 1. Der Energieversorgung des Satelliten dienten die insgesamt 10.500 Solarzellen auf zwei Flächen und zwei SNAP-​19  Radioisotopengeneratoren. Deren radioaktives Material stammte aus den Nukleid-​Containern des abgestürzten Nimbus-​B Satelliten, die vom Meeresgrund geborgen worden waren. Nimbus 3 stellte seinen Betrieb am 22.01.1972 ein. Allerdings war bereits am 25.09.1970 der Horizontscanner ausgefallen, so daß der Satellit die Lagereferenz verloren hatte. Danach konnten kaum noch verwertbare Daten empfangen werden. Die projektierte Lebensdauer von sechs Monaten war dennoch deutlich übertroffen worden. Mit Nimbus 3 leisteten die USA ihren Beitrag zum Global Atmospheric Research Program. Insbesondere wurde das atmosphärisch-​ozeanische System in tropischen und subtropischen Gewässern erforscht. Dieser Teil des GARP trug den Namen BOMEX (Barbados Ozeanographic and Meteorological Experiment).
Gemeinsam mit Nimbus 3 startete der geodätischen Vermessungssatellit der US Army SECOR 13 (Sequential Collation of Range). Dieser diente insbesondere der Bestimmung der Entfernungen zwischen Inseln, die durch große Wasserflächen voneinander getrennt waren und deren Lage zueinander somit nur recht ungenau bekannt war. Mit SECOR 13 (EGRS 13) ging die seit 1962 betriebene Serie zu Ende.