Ponadto uczestniczyła w pracach nad systemem zdalnie sterowanego manipulatora promu kosmicznego.
18 czerwca 1983 poleciała w kosmos jako członek załogi wahadłowca Challenger, realizującej misję STS-7. Tym samym została pierwszą amerykańską astronautką (trzecią po Tierieszkowej i Sawickiej). Odpowiedzialna była za ramię robotyczne Canadarm wahadłowca i jako pierwsza za jego pomocą pochwyciła satelitę. W wyprawie uczestniczyli także: Robert Crippen (dowódca misji), Frederick Hauck (pilot wahadłowca), John Fabian (specjalista misji – MS-1) i Norman Thagard (MS-3). Podczas lotu przeprowadzono szereg badań naukowych, m.in. medycznych. Ponadto Ride (MS-2) i Fabian umieścili na orbicie satelity telekomunikacyjne (ANIK-C2 i Palapa-B1) na zlecenie rządów Kanady i Indonezji. Wypróbowali także dźwig pokładowy służący do za- i wyładunku wahadłowca w warunkach orbitalnych. Wyprawa zakończyła się 24 czerwca lądowaniem Challengera w kalifornijskiej bazie lotniczej Edwards.
Swój drugi i ostatni lot kosmiczny odbyła w dniach 5–13 października 1984. Była specjalistą misji STS-41-G w załodze promu Challenger.