Nach einem Abbruch bei T-​31 s am 28.04.1989 gelang am 04.05.1989 um 18:47 UTC von LC-​39 B auf Cape Canaveral der Start des Space Shuttle „Atlantis“ F-​4  zur Mission STS-​30R. Der Countdown zum ersten Startversuch war einer der ereignisärmsten der bisherigen Shuttle Geschichte gewesen. Bis zum T-​9 min Hold. Aus diesem ging man mit einer fünfminütigen Verspätung wegen eines Computerproblems bei der Range Safety hervor. Das war insofern problematisch, als man für diese Mission lediglich ein 23-​minütiges Startfenster hatte. Den Abbruch des Countdowns löste dann aber eine defekte Hilfspumpe im LH₂  System von SSME #1 aus. Im Laufe der Reparaturarbeiten wurde dann auch noch ein Leck in einer LH₂  Leitung zwischen Außentank und Orbiter entdeckt — und behoben. Auch für den neuen Termin am 04.05.1989 hatte es zunächst nicht gut ausgesehen, wenngleich es diesmal die meteorologischen Verhältnisse waren, die für eine 43-​minütige Verzögerung sorgten. Insgesamt startete die „Atlantis“ 59 Minuten später als vorgesehen, kurz vor dem Schließen des diesmal 64-​minütigen Startfensters. Hauptaufgabe der Besatzung von Kommandant David Walker, Pilot Ronald Grabe sowie der Missionsspezialisten Norman Thagard, Mary Cleave und Mark Lee war das Aussetzen der Venus-​Sonde „Magellan“. Damit flog nun die erste von mehreren hochkarätigen Tiefraummissionen der NASA, die allesamt nach der „Challenger“ Katastrophe hatten verschoben werden müssen. Die ursprünglich für 1988 geplante „Magellan“ Mission war seither tiefgreifenden Veränderungen unterworfen worden. So hatte man den vorgesehenen Start mittels einer kryogenen Centaur-​G Stufe nun als nicht mehr tragbares Risiko für die Shuttle Besatzungen eingestuft. Die NASA mußte auf die schwächere IUS umdisponieren. Bahnmechanisch wäre im Oktober 1989 die beste Startgelegenheit gewesen. Doch in diesem Monat lag auch eines der wenigen Startfenster für die Jupiter-​Mission „Galileo“. Und die hatte wegen des eng bemessenen Zeitrahmens für den Start Vorrang erhalten. Auch wollte sich die NASA nicht mit dem Start von zwei so bedeutenden Shuttle Missionen innerhalb weniger Tage selbst unter Druck setzen. Lieber nahm man einen ungünstigeren Starttermin für „Magellan“ in Kauf. Statt eines halben Jahres würde „Magellan“ nun fünfzehn Monate unterwegs sein. Knapp 6:15 h nach dem Start der „Atlantis“ war es soweit, „Magellan“ wurde aus der Nutzlastbucht des Shuttle ausgesetzt. Wiederum eine Stunde später, nachdem die Telemetriedaten die Funktion aller Systeme der Raumsonde bestätigt hatten und „Magellan“ den erforderlichen Sicherheitsabstand erreicht hatte, wurde die erste Stufe des IUS-​Antriebssystems von „Magellan“ gezündet. Sie arbeitete ebenso wie die zweite korrekt und beschleunigte die große Sonde auf eine Bahn zur Venus. Nach diesem Höhepunkt der Mission widmete sich die Crew Experimenten zum Verhalten von Flüssigkeiten unter Mikrogravitationsbedingungen und Materialforschungen. Nach nur vier Tagen Flug kehrte die „Atlantis“ am 08.05.1989 um 19:43 UTC zur Erde zurück. Die Flugzeit bis zum Aufsetzen auf Runway 22 der Edwards AFB betrug 96:56 h. Die NASA zeigte sich mit dem Verlauf der Mission sehr zufrieden, obwohl am letzten Flugtag noch einer von fünf Bordcomputern des Shuttle ausgefallen war. Missionsspezialist Lee übernahm die Aufgabe, ihn gegen ein mitgeführtes Reserveexemplar auszutauschen. Nach rund 4:30 h war der erstmalige Austausch eines Bordcomputers an Bord eines US-​Raumschiffs erfolgreich abgeschlossen. Ebenfalls positiv bewertete die NASA die Erkenntnisse, die bei der Landung gesammelt worden waren. Denn der Anflug der „Atlantis“ war bei starkem Seitenwind erfolgt. Mit Computerunterstützung gelang der Cockpit-​Crew dennoch eine präzise Landung. Und auch beim Ausrollen hielt der Orbiter die Spur. Damit rückte die Wiederaufnahme von Landungen auf der Betonpiste von Cape Canaveral in greifbare Nähe.
„Magellan“ näherte sich hingegen auf seiner Typ IV Bahn der Venus und traf dort am 07.08.1990 ein. Nach dem Bremsmanöver unter Einsatz eines abwerfbaren Star-​48  Feststofftriebwerks bewegte sich die Sonde auf einer deutlich elliptischen Bahn um den Planeten. Dort wurde das Radar System (RDRS) aktiviert, das die Erkundung der Venusoberfläche in drei Modi erlaubte: als Synthetic Aperture Radar (SAR), Altimeter (ALT) oder Radiometer (RAD). Damit konnten sowohl größere Strukturen auf dem Planeten vermessen als auch Oberflächentemperaturen bestimmt werden. Am 15.09.1990 begann die achtmonatige erste Meßkampagne. Deren Ziel war die Kartierung von etwa 70% der Venusoberfläche mit mindestens 1 km Auflösung. Tatsächlich wurden knapp 84% des Planeten erfaßt, wobei die Auflösung sogar 100 bis 250 m erreichte. Unmittelbar nach Abschluß der ersten Kampagne wurde „Magellan“ neu ausgerichtet mit dem Ziel, vor allem die verbliebenen Lücken zu schließen. Mitte Januar 1992 hatte man so eine Abdeckung von etwa 96% erreicht. Der dritte Meßzyklus verbesserte bis zum 13.09.1992 den Wert auf 98%, war vor allem aber so angelegt, daß stereoskopische Bilder aus den Daten generiert werden konnten. Bis 1994 schlossen sich dann weitere drei Meßkampagnen an, die aber vor allem der Vermessung des Venus Magnetfeldes dienten. Im Sommer 1993 hatten die Ingenieure mit „Magellan“ zudem die Methode des „Aerobraking“ erprobt, ohne daß die Sonde für ein solches Manöver ausgelegt gewesen wäre. Dennoch gelang es, die Sonde so vorsichtig in die oberen Atmosphärenschichten eintauchen zu lassen, daß sie unbeschadet auf eine 180×540 km Bahn abgesenkt werden konnte. Noch gewagter war das „Windmill Experiment“ im September 1994, als „Magellan“ so orientiert wurde, daß die Solarzellen senkrecht zum Bahnverlauf standen. Untersucht wurde die Interaktion mit den Molekülen der oberen Venusatmosphäre. Triebwerkszündungen verhinderten, daß die Sonde außer Kontrolle geriet. Im Oktober steuerte man „Magellan“ dann mit fünf Orbit Trim Maneuvers (OTMs) tiefer in die Atmosphäre und brachte die Mission zu ihrem Ende. „Magellan“ widerstand unerwartet lange den auftretenden Belastungen. Am 13.10.1994 um 10:05 UTC trat die Sonde in den Funkschatten der Venus ein. Danach konnte der Kontakt zu der Sonde nicht wieder hergestellt werden. Eine äußerst erfolgreiche Mission hatte ihr Ende gefunden.