Einen Monat nach der „Discovery“ startete am 02.03.1995 um 06:38 UTC die Raumfähre „Endeavour“ vom benachbarten Pad-​39 A des KSC zu einer Forschungsmission. Für das Unternehmen STS-​67  „Endeavour“ F-​8  waren mehrere Spacelab Paletten und das EDO (Extended Duration Orbiter) Kit in der Nutzlastbucht montiert worden. Die ASTRO-​2  Nutzlast baute auf den Erfahrungen mit der bei STS-​35  im Dezember 1990 eingesetzten ASTRO-​1  auf. Wichtigste Instrumente waren das Hopkins Ultraviolet Telescope (HUT), das Ultraviolet Imaging Telescope (UIT) und das Wisconsin Ultraviolet Photo-​Polarimeter Experiment (WUPPE). Mehr als 600 verschiedene Objekte, darunter Sterne, Nebel, Supernova Überreste, Galaxien und aktive extragalaktische Objekte, standen auf dem Beobachtungsplan. Da die irdische Atmosphäre den größten Teil des UV-​Spektrums herausfiltert, ist eine Beobachtung erst mit Beginn des Raumfahrtzeitalters möglich geworden. Und es vergingen noch weitere Jahrzehnte, bis die ASTRO-​1  Mission der Astronomie im erweiterten und extremen UV-​Bereich zum Durchbruch verhalf. ASTRO-​2  setzte diese Forschungen nun fort. Allerdings sollte das Unternehmen nahezu die doppelte Beobachtungsdauer bieten und fand zu einer anderen Jahreszeit statt, was die Erkundung anderer Bereiche des Himmels ermöglichte. Trotz schlechter Wetterbedingungen und einiger kleinerer technischer Probleme während des Countdowns begann die Mission für die Crew von Kommandant Stephen Oswald, Pilot William Gregory, Nutzlast Kommandantin Tamara Jernigan, die Missionsspezialisten John Grunsfeld und Wendy Lawrence sowie die die Nutzlastspezialisten Ronald Parise und Samuel Durrance mit einem pünktlichen Start. Abgesehen von einer 9-​minütigen Verzögerung, während der der unklare Status eines Heizelements geprüft wurde. Im Orbit wurden die ASTRO-​2  Experimente aktiviert und ebenso eine Reihe weiterer Installationen, vornehmlich auf dem Mitteldeck der Crew Kabine. Dazu zählten Versuche zur Protein-​Kristall-​Züchtung, das Amateurfunk-​Experiment SAREX und in der Nutzlastbucht zwei von australischen Wissenschaftlern ausgerüstete GAS Container mit einem kleinen UV-​Teleskop. Bei der MACE Versuchsreihe (Middeck Active Control Experiment) untersuchte die Crew, welche Störeinflüsse von einem Experiment auf ein anderes übertragen wurden, wenn sich beide am selben Instrumententräger befanden. Abgesehen von einem kleinen Treibstoffleck an einem der RCS Triebwerke der „Endeavour“, welches die Aufnahme der astronomischen Beobachtungen geringfügig verzögerte, lief die gesamte Mission nahezu mustergültig ab. Die Crew konnte sich fast uneingeschränkt ihren Experimenten widmen. Lediglich das IPS (Instrument Pointing System) bereitete ernstzunehmende Probleme. Schließlich gab es sogar noch einen kleinen Zeitbonus. Denn die für den 17.03.1995 in Florida vorgesehene Landung kam nicht zustande. Alle drei Landegelegenheiten verstrichen aufgrund schlechter Wetterbedingungen in Cape Canaveral ungenutzt. Als sich das Wetter am nächsten Tag nicht gebessert hatte, griff man auf den Ausweichplatz in Kalifornien zurück. Die Landung erfolgte schließlich nach 399:09 h am 18.03.1995 um 21:47 UTC auf Runway 22 der Edwards AFB.