W 1981 r. otrzymał nominację do misji STS-5. Start nastąpił 11 listopada 1982 r. Na pokładzie wahadłowca Columbia towarzyszyli mu: dowódca Vance Brand, pilot Robert Overmyer oraz specjalista misji Joseph Allen. W trakcie misji astronauci wypuścili trzy sztuczne satelity oraz przeprowadzili kilka eksperymentów. Wahadłowiec wylądował 16 listopada 1982 r. w bazie Edwards.
Lenoir otrzymał propozycję wzięcia udziału w misji STS-61-A w 1985 r., jednak odmówił ze względów rodzinnych oraz z powodu chęci rozpoczęcia kariery w biznesie.
We wrześniu 1984 r. opuścił NASA.
Po opuszczeniu NASA Od 1984 do 1989 r. pracował w firmie konsultingowej . W czerwcu 1989 r. powrócił do NASA jako Associate Administrator for Space Flight. W kwietniu 1992 r. zrezygnował z pracy w NASA i objął posadę wiceprezesa jednego z oddziałów firmy Booz Allen Hamilton. Funkcję tę pełnił aż do przejścia na emeryturę w 2000 r.
Zmarł 26 sierpnia 2010 r. w szpitalu w Albuquerque na skutek obrażeń głowy doznanych w wypadku rowerowym.
Odznaczenia i nagrody NASA Exceptional Service Medal (1974) Medal Za Lot Kosmiczny (NASA Space Flight Medal, 1982) Universal Astronaut Insignia za lot orbitalny (nr 114, pośmiertnie) – Stowarzyszenie Uczestników Lotów Kosmicznych ()
Życie prywatne Był dwukrotnie żonaty – z Elizabeth May Frost i Terri Waite.