Przebieg misji mały|Start rakiety Delta II z sondami GRAIL mały|Planowana trajektoria lotu satelitów mały|Mapa pola grawitacyjnego Księżyca wykonana przez sondy GRAIL Start miał odbyć się 8 września 2011 roku ze stanowiska startowego SLC-17B na Przylądku Canaveral, jednak z powodu niesprzyjających warunków wietrznych został przełożony na 9, a później na 10 września. W momencie startu został odpalony pierwszy stopień rakiety nośnej i sześć rakiet pomocniczych. Gdy rakiety pomocnicze się wypaliły, uruchomione zostały pozostałe trzy. Po separacji pierwszego stopnia nastąpiło odpalenie silnika drugiego członu. Pierwsze odpalenie umieściło ładunek na niskiej orbicie na wysokości 167 km. Potem nastąpiła prawie godzinna przerwa w pracy silnika. Następnie drugi stopień został uruchomiony ponownie, by wejść na trajektorię w kierunku Księżyca.