Nach zwei erfolgreichen Discoverer Flügen in Folge schlug das Unternehmen Discoverer XV trotz eines erfolgreichen Auftakts fehl. Der Start von der Vandenberg AFB und der Einschuß in die Umlaufbahn gelangen am 13.09.1960 programmgemäß, doch das Abfangen der nach 17 Erdumläufen abgetrennten Landekapsel in der Luft mißlang. Da das Druckgas des Lagekontrollsystems aufgebraucht war, trat die Kapsel unter einem falschen Winkel in die Atmosphäre ein und ging fast 1.800 km jenseits des nördlich von Hawaii ausgewiesenen Landegebiets nieder. Dennoch konnte sie am 15.09.1960 im Meer schwimmend geortet werden, eine Bergung kam dann aber wegen schlechten Wetters nicht zustande. Dieser Flug war zugleich der letzte Einsatz der Thor-​DM18 Agena-​A Raketenkombination und der KeyHole KH-​1  Kamera. Zwei sekundäre Experimente flogen bei dieser Mission zusätzlich auf der Agena-​Stufe. Mit SOCTOP II wurde nach Discoverer XIII erneut der Versuch unternommen, mögliche auf den Satelliten gerichtete Signale sowjetischer Radargeräte zu identifizieren. Gegenüber der ersten SOCTOP Mission wurde zusätzlich zum 2.500 – 3.200 MHz Spektrum (S-​Band) diesmal auch das 300 – 900 MHz Spektrum (UHF) überwacht. Das vom AIL (Airborne Instrument Lab) entwickelte Paket lieferte 35 Tage lang Daten. Außerdem hatte Discoverer XV das sogenannte Discoverer Optical Beacon Experiment an Bord. Mit diesem sollte eine präzise optische Bahnverfolgung erleichtert werden, wozu vom Smithsonian Astronomical Observatory zwölf Bodenstationen eingerichtet worden waren.