Pada awal perencanaan, STS-2 direncanakan sebagai misi untuk mengatur orbit stasiun luar angkasa Skylab. Namun, perencaanaan tersebut terhambat oleh tertundanya pengembangan Pesawat Ulang Alik dan orbit Skylab yang sudah semakin buruk. Skylab akhirnya jatuh pada 11 Juli1979, dua tahun sebelum misi STS-2.
STS-2 diluncurkan dari Kennedy Space Center pada 12 November 1981, pukul 10.10 EST, tujuh bulan setelah STS-1. Rencana peluncuran pukul 7.30 tertunda karena unit transmisi data yang gagal bekerja dan diganti dengan unit transmisi data yang ada pada Pesawat Ulang Alik Challenger.
Awalnya, misi ini direncanakan akan meluncur pada 9 Oktober 1981. Namun, misi ini tertunda karena kebocoran nitrogen tetroksida saat pengisian pada tangki sistem kontrol reaksi. Selanjutnya, misi ini direncanakan pada 4 November 1981, tetapi kembali ditunda karena tekanan tinggi pada Auxiliary Power Unit (APU).
Penerbangan ini menandai pertama kalinya pesawat pengorbit yang diterbangkan kembali oleh kru. Sebelum peluncuran, Columbia berada di Fasilitas Pemrosesan Pengorbit selama 103 hari. Misi ini kembali membawa paket DFI, bersamaan dengan muatan OSTA-I (diambil dari nama NASA Office of Space and Terrestrial Applications), yang terdiri dari beberapa instrumen remote-sensing. Instrumen ini, termasuk Shuttle imaging Radar-A (SIR-A), berhasil melakukan penginderaan terhadap kualitas lingkungan, dan kondisi cuaca. Selain itu, lengan robot Canadarm berhassil dioperasikan. Meskipun misi STS-2 direncanakan berdurasi lima hari, misi ini diperpendek menjadi hanya dua hari karena kerusakan satu dari tiga sel bahan bakar yang menghasilkan listrik dan air minum.
STS-2 adalah penerbangan Pesawat Ulang Alik terakhir yang menggunakan tangki eksternal berwarna putih. Misi STS-3 dan seterusnya menggunakan tangki eksternal yang tidak dicat untuk mengurangi beban sebesar 272 kilogram.[6]
