nad projektami Inertial Upper Stage (IUS) i Solar Maximum Repair Mission oraz przy rozwoju programu stacji kosmicznej. Luty 1984 – uczestniczył w blisko ośmiodniowej misji STS-41-B, wchodząc w skład załogi promu Challenger. W czasie lotu jako pierwszy człowiek w historii pracował w otwartej przestrzeni kosmicznej bez stałego połączenia ze statkiem kosmicznym. Wykorzystał do tego plecak manewrowy MMU. 1988 – został wyznaczony do załogi podstawowej misji STS-31. 1990 – w kwietniu odbył pięciodniowy lot na pokładzie promu Discovery, a niedługo potem – 31 sierpnia – odszedł z NASA.
Loty kosmiczne STS-41-B (Challenger F-4) Po raz pierwszy poleciał w kosmos 3 lutego 1984 na pokładzie wahadłowca Challenger. Pozostałymi członkami załogi byli: Vance Brand – dowódca misji, Robert Gibson – pilot oraz Ronald McNair i Robert Stewart – specjaliści misji. Był to dziesiąty lot w ramach programu Space Shuttle. W czasie blisko ośmiodniowej ekspedycji astronauci próbowali umieścić na orbicie dwa satelity telekomunikacyjne – amerykański Westar 6 i indonezyjski Palapa B-2. Jednakże awarie silników PAM-D uniemożliwiły realizację tego zadania i oba obiekty nie osiągnęły zaplanowanych orbit. Najbardziej spektakularnym wydarzeniem podczas wyprawy były dwa spacery kosmiczne, które odbyli McCandless i Stewart.