Die im Laufe des Jahres 2014 immer weiter gen Ende des Jahres verschobene SpaceX CRS-5 Versorgungsmission zur ISS hob am 10.01.2015 um 09:47 UTC endlich tatsächlich von Cape Canaveral ab. SpaceX selbst hatte diesmal nur geringen Anteil an der Verspätung. Vielmehr waren die üblichen Anpassungen des Flugplans der ISS Versorgungsmissionen maßgeblich. Als dann im Oktober 2014 auch noch die Antares-130 des Konkurrenten OSC mit dem Cygnus Orb-3 Frachter unmittelbar nach dem Start von Wallops Island explodierte, unterzog die NASA den Flugplan nochmal einer Neubewertung. Einige dringliche Frachtstücke mußten nun außerplanmäßig mit der SpaceX Dragon fliegen. Schließlich wurde der Start der Falcon 9 v1.1 Rakete für den 16.12.2014 angesetzt, wenig später aber schon wieder um drei Tage verschoben. Erst am 17.12.2014 konnte der übliche „Hot Fire“ Triebwerkstest unternommen werden — und endete vorzeitig. Zwar verbarg sich dahinter kein großes Problem, doch SpaceX entschied sich für eine Wiederholung. Bis die Daten ausgewertet waren, rückten aber die Weihnachtsfeiertage heran. Außerdem trat die ISS zwischen dem 28.12.2014 und dem 07.01.2015 in die sogenannte „Beta Periode“ ein, während der aufgrund der permanenten Sonnenbestrahlung der Station Rendezvousmanöver verboten waren. USAF, NASA und SpaceX kamen also überein, erst am 06.01.2015 zu starten. An diesem Tag lief der Countdown bis T –1:21 min durch, als eine Abweichung bei einem Aktuator am Schubvektorkontrollsystem der zweiten Stufe registriert wurde. In dieser Situation mußte der Start für diesen Tag abgesagt werden. Ein neuer Startversuch wurde erst wieder am 10.01.2015 unternommen. Diesmal hob die Rakete auf die Sekunde genau von Cape Canaveral ab. Minuten später hatte der CRS-5 Dragon den Orbit erreicht. Während ein Teil der Experten im Kontrollzentrum gespannt die Telemetriedaten des Raumschiffs verfolgte und z.B. auf die Bestätigung für das Entfalten der Solarzellenflächen wartete, konzentrierte sich der andere Teil auf eine Abfolge anderer Ereignisse. Denn erstmals wollte SpaceX bei diesem Start die Erststufe der Trägerrakete auf einer vor der Küste schwimmenden Barge landen lassen. Das Autonomous Spaceport Drone Ship (ASDS) bot eine ebene Landefläche von etwa 90×50 m und konnte per GPS auf ca. 3 m genau auf einer vorgegebenen Position gehalten werden. Die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Landung hatte SpaceX vor dem Start mit 50% oder weniger beziffert. Zwar war der Rückflug der Stufe bei früheren Tests schon recht präzise gelungen. Doch diesmals sollten erstmals sogenannte „Grid-Fins“ (dt. Gitterflossen) zum Einsatz kommen, die auch bei hohen Geschwindigkeiten eine Steuerung der Rakete um alle drei Achsen erlaubten. Tatsächlich funktionierte das System bei seinem ersten Einsatz erfreulich gut. Doch in der Endanflugphase ging dem hydraulischen Antrieb der Flossen das Arbeitsmedium aus. Die Rakete näherte sich dem ASDS mit zu hoher Geschwindigkeit und mit einem Anflugwinkel von geschätzten 45°, traf die Plattform an einer Ecke, stürzte um und bis auf wenige Überreste brennend ins Meer. Das Ziel einer sicheren Landung hatte SpaceX also nicht erreicht, war diesem jedoch bereits sehr nahe gekommen. Das gab dem Konzept insgesamt sogar eher Auftrieb.
Unterdessen näherte sich der Dragon Frachter der ISS und wurde am 12.01.2015 um 10:54 UTC mit dem Canadarm2 gegriffen. Um 13:56 UTC war das Umsetzen und Andocken am „Harmony“ Modul vollzogen. Damit trafen 2.317 kg Nachschub auf der Raumstation ein. Neben den üblichen Gütern befanden sich darunter das Cloud Aerosol Transport System (CATS), ein Experiment das später außenbords am japanischen „Kibō“ Modul montiert werden sollte (was am 22.01.2015 vollzogen wurde), und drei CubeSats. Dabei handelte es sich um den brasilianischen AESP-14 und zwei 3U CubeSats für die Flock Konstellation von Planet Labs. 26 Flock 1d Satelliten waren beim Absturz der Orb-3 Mission verlorengegangen. Nun kamen wenigstens zwei Flock 1d′ Reservesatelliten auf der ISS an. Dort blieb die CRS-5 Dragon bis zum 10.02.2015 17:11 UTC am erdzugewandten Port des „Harmony“ Moduls verankert. Die Freisetzung durch den Manipulatorarm der Station erfolgte am selben Tag um 19:10 UTC. Wenige Stunden später, am 11.02.2015 um 00:44 UTC, ging die Kapsel des Raumschiffs an ihren drei Fallschirmen sicher vor der Küste Kaliforniens im Pazifik nieder und wurde in einer Routineoperation geborgen.