美国“发现号”航天飞机在轨道上飞行8天后，于当地时间1995年2月11日早晨6时50分在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆。至此，由5名美国宇航员和1名俄罗斯宇航员组成的乘员组，按计划成功地完成了航天飞机与“和平号”轨道站具有历史意义的太空相会的任务。
这次相会可谓是好事多磨。航天飞机刚进入轨道不久就出现了姿控发动机泄漏燃料的问题。俄罗斯担心这可能会污染“和平号”轨道站上的太阳能电池板以及与轨道站相接的“联盟号”太空舱的光学传感器，所以要求取消这项计划。两国航天局经过通宵达旦的谈判，于最后时刻终于达成如期会合的协定。
“和平号”轨道站是1986年发射入轨的，重100吨的T型轨道站设计寿命为7年，如今已经超龄服役两年了。在2月6日航天飞机与轨道站会合之际，轨道站上3名宇航员中，两名在太空中停留到第l25天，一名创下第394天的太空停留新纪录。
符拉基米尔 · 蒂托夫是第二位搭载美国航天飞机的俄罗斯宇航员。上次太空停留时间366天的纪录就是他于20世纪80年代末创下的。他此次负责相会期间的通信联络和导航工作。
蒂托夫在航天飞机上第一眼看见轨道站时两者相距340千米之遥。航天飞机从下方向轨道站靠拢，并在从相距800米时开始改为手动，至格林尼治时间6日19时20分，36米长的航天飞机与轨道站的距离缩小到了11.3米，这是此次会合的最高潮。此时航天飞机和轨道站距地球太平洋上空392千米，对地速度为每小时28 000千米。随后的十几分钟时间里，航天飞机与轨道站的距离保持在11.3—13.4米之间，这是太空中9名宇航员最激动人心的时刻。不过此时最得意的还是“发现号”航天飞机上的机长詹姆斯·韦瑟比，当他透过驾驶舱玻璃看见轨道站上的宇航员在向他招手时，激动地说：“这是太空芭蕾。”但是并不是所有宇航员都有机会向轨道站上的同行招手致意，因为总得有人要全神贯注地严密监控航天飞机的运行情况，以防乐极生悲，发生“太空之吻”的惨剧。
在前后3个小时的相会时间里，航天飞机对轨道站进行了拍照，以供研究轨道站外部的情况。这是美俄航天器第二次空间会合，1975年，美国“阿波罗号”飞船曾与苏联“联盟号”飞船实现对接。但是，此次因为航天飞机和轨道站都比20年前大得多，形状也较以前复杂得多，所以对各自姿态控制的要求也就更高了。
太空相会是航天飞机机组人员此次要完成的一项最重要的任务。此外，航天飞机机组人员还成功地释放和回收了一颗空间物理探测卫星和进行太空行走。就在两国航天器太空相会的第二天，符拉基米尔 · 蒂托夫借助航天飞机上15米长的机械臂将“斯巴达”科学探测卫星送入轨道。这颗近1 360千克重的卫星此次是第四次进入太空，它只携带有一个远紫外线成像光谱仪，目的是通过探测星际气体和尘云的紫外线辐射来确定组成结构、温度、密度和其他物理性质。在距航天飞机80千米远的地方自由漂流了两天后，蒂托夫又将它抓回航天飞机的载荷舱中。
蒂托夫回收完卫星后，又用机械臂将伯纳德·哈里斯和麦克尔 · 福勒在航天飞机载荷舱上面高高吊起。两位宇航员都是第一次进入开放空间中，其中哈里斯还是美国航天局95位宇航员中的两位黑人之一，也是第一位在太空行走的黑人。
航天飞机在飞过地球暗面时，机腹朝向地球，以免地球大气层辐射的热会产生缓解“冷冻”效果；而在航天飞机掠过地球阳面时，又将机腹朝向太阳，使载荷舱开口处于背阳面。两位进行太空行走的宇航员所处的周围环境温差在－75℃到－85℃之间。美国航天局设计这项试验的目的，是检验110千克重的太空服的保暖性能（包括绝热性能更高的手套的保暖性能）和在太空零重力条件下操纵大体积部件的灵活性。
按计划，哈里斯和福勒在开放空间中要做两项工作。首先，他们要用20分钟时间一动不动地悬在那里，领受高处不胜寒的感觉，他们尽管已经感到手脚发凉了，但还是挺了过来。第二项工作是用形似汽车方向盘一样的抓杆试着任意摆布1.5米高的“斯巴达号”卫星。可是刚按计划进行了一半，福勒就先报告说手快要冻僵了，结果地面指挥中心决定提前半个小时结束这次试验。地面工程师分析说，可能是卫星上的金属手柄和宇航员脚部的金属使他们感到手脚太冷的。这次太空行走得出的结论：太空服的保暖性能有待改进，在太空中摆弄大体积的部件时不能操之过急。
