Вход в атмосферу начался на высоте 120 км при скорости ВКС, соответствующей числу М=24, через 28 мин после подачи тормозного импульса.

Протяженность участка от точки входа в атмосферу до базы ВВС Эдвардс составила 7060-7080 км. Продолжительность полета до момента посадки была 32 мин.

Через 140 с после входа в атмосферу, когда скоростной напор достиг 2,44 кгс/кв.м, началось балансировочное отклонение элевонов и подфюзеляжного щитка ВКС. На 180-й секунде после входа в атмосферу осуществился переход к совместному использованию реактивной системы управления и элевонов, продолжавшемуся до 280-й секунды полета ВКС в атмосфере, после чего ЖРД системы управления по крену были отключены.

Через 4 мин после входа в атмосферу наступил период "радиомолчания", а через 7 мин на высоте 78 км аппарат начал выполнять свой первый разворот с креном 80º. Характерно, что при снижении ВКС с высоты 120 км (М=24) до высоты 27 км (М=4) логика отклонения его элевонов была противоположна логике работы элеронов обычного самолета. Так при выполнении крена вправо левый элевон ВКС отклоняется вверх, а правый вниз. Начиная с высоты 27 км и скорости, соответствующей числу М=4, элевоны отклонялись как у обычного самолета.

При осуществлении спуска ВКС в атмосфере по штатной траектории предусматривается выполнение около пяти маневров типа "змейка". Это связано с необходимостью рассеивания избыточной энергии ВКС, обеспечения его захода на посадку и посадки на базе ВВС Эдвардс.

Для создания крена ВКС начинает двигаться с боковым скольжением, а затем используются элевоны. Например, чтобы накренить ВКС вправо, необходимо сначала обеспечить левое скольжение, для чего экипаж включает двигатели системы управления по рысканию, поворачивая носовую часть фюзеляжа вправо. Боковое скольжение приводит затем к крену ВКС, контролируемому автоматической системой управления или вручную. При этом элевоны, используемые в качестве демпферов, отклоняются в положение, противоположное отклонению элеронов обычных самолетов.

В процессе выполнения первого маневра с креном 80º в автоматическом режиме ВКС "Колумбия" имел скорость, соответствующую числу М=24, и находился на расстоянии 5067 км от места посадки на высоте 78,0 км. Скорость поворота по крену составляла 6 град/с, что на 1 град/с превышало ожидаемую величину. При этом произошло отклонение от штатного маневра. Вместо 80º ВКС накренился на 85º, а затем совершил четыре колебания вправо и влево, прежде чем занял требуемое положение. Данное отклонение от штатного маневра не потребовало, однако, вмешательства экипажа. Боковое скольжение ВКС в этой точке траектории не повлияло на безопасность полета, поскольку температуры нагрева еще не достигли критических значений. По мнению экипажа, причина колебаний ВКС при выполнении первого маневра по крену не связана с работой системы управления и ее можно устранить, выполняя крен с меньшей угловой скоростью. При этом превышение заданного значения угла крена и боковое скольжение ВКС могут быть небольшими. На отработку первого маневра ВКС реактивной системой управления было израсходовано 90,7 кгс топлива.

В первые 14 мин полета в атмосфере, когда скорость снижалась от М=25 до М=20, а высота уменьшалась со 120 до 69 км, угол атаки ВКС составлял 40º, а температура на некоторых участках ВКС достигла 1371-1648ºС. Этот участок полета был одним из наиболее критичных. При скорости 7,35 км/с, когда ВКС находился над Тихим океаном и летел в темноте, Криппен увидел слабое розовое свечение вокруг боковых иллюминаторов, которое постепенно увеличивалось и охватило передние иллюминаторы.. Затем окраска свечения стала переходить в оранжевую, немного смещаясь к носку фюзеляжа. По мнению Янга, Криппен не мог видеть розового свечения вокруг носовой части ВКС в тот момент, когда температуры еще не достигли 1093ºС. Что же касается оранжевого свечения вокруг носка фюзеляжа ВКС, то оно соответствовало температуре 1648ºС. Впервые оранжевое свечение вокруг носка фюзеляжа было зарегистрировано экипажем на высоте 99 км при скорости полета, соответствующей числу М=24,5. В этот момент, однако, ВКС начал освещаться лучами всходившего солнца и наблюдаемое свечение исчезло.

Автоматическое управление ВКС при спуске началось в тот момент, когда перегрузка достигла значения 0,176. До этого времени, хотя навигационная система ВКС рассчитывала местоположение аппарата, система управления не осуществляла автоматической выдачи команд по дальности. При перегрузке 0,176 и скоростном напоре 19,53 кгс/кв.м, когда высота полета соответствовала 78,9 км, а скорость - числу М=24, система управления начала рассчитывать углы разворота, необходимые для достижения базы ВВС Эдвардс (находившейся в этот момент в 5864,5 км) и расстояние до нее. Автоматическая система управления обеспечила также отображение траектории полета ВКС на экране электронно-лучевого индикатора в кабине экипажа.

Основная задача экипажа заключалась в контроле системы управления и изменение лобового сопротивления ВКС в соответствии с его эталонным значением, отображаемым на экране дисплея.

При достижении скоростного напора 97,65 кгс/кв.м на высоте 73,5 км и скорости, соответствующей числу М=23, экипаж ожидал бафтинга элевонов. Это явление имитировалось на тренажере ВКС в процессе предполетной подготовки, однако при спуске в атмосфере никаких колебаний элевонов не наблюдалось.

Следующий автоматический разворот ВКС влево был выполнен экипажем на высоте 66 км при скорости, соответствующей числу М=18.

Через 15 мин полета в атмосфере на высоте 63,9 км и при скорости, соответствующей числу М=18 (аппарат в этот момент находился в 1609 км от авиабазы Эдвардс), начался квазистационарный участок планирования ВКС, на котором система управления обеспечивала постоянство подъемной силы и перегрузки ВКС. На высоте 56,4 км начался участок полета с постоянным лобовым сопротивлением.

При скорости 2,88 км/с снова последовал правый разворот с креном 70º. Характеризуя гиперзвуковой участок полета в атмосфере, Янг заявил, что ВКС на гиперзвуковом режиме оказался более устойчивым, чем предполагалось.

Связь с экипажем была восстановлена, когда ВКС находился на высоте 56,4 км и имел скорость, соответствующую числу М=10,8. Наземные станции сопровождения обнаружили ВКС на высоте 50,3 км, когда он находился на расстоянии ~760 км от места посадки. По данным наземных средств сопровождения и бортовых систем все параметры были в норме.

ВКС пересек Калифорнийское побережье между городами Сан-Франциско и Лос-Анджелес на высоте 41,6-42,3 км при скорости, соответствующей числу М=6,5-6,6. Когда скорость ВКС снизилась до 1,44 км/с (М=5), а высота уменьшилась до 34,5 км, Янг перешел на ручное управление и выполнил левый разворот ВКС. На высоте 25,5 км (скорость ВКС соответствовала числу М=2,8) был выполнен правый разворот.

Участок снижения ВКС с высоты 34,5 км до высоты 24,6 км, когда скорость полета уменьшилась с М=5 до М=2, также был одним из наиболее критичных, поскольку некоторые пилотажные характеристики ВКС "Колумбия" на этом участке не считались достаточно надежными. Первоначально программой полета не предусматривался переход на ручное управление именно на этом участке. Однако незадолго до запуска МВКА "Спейс Шаттл" было принято решение о переходе на ручное управление, начиная с высоты 34,5 км, когда скорость полета будет соответствовать числу М=5. Ручное управление использовалось для выполнения плавных разворотов ВКС на тех режимах полета, при которых могло возникнуть нежелательное боковое скольжение ВКС. Ручное управление осуществлялось Янгом в соответствии с данными о пространственном положении ВКС, высвечиваемыми на экране дисплея.

Когда скорость полета ВКС немного превышала значение, соответствующее числу М=2, возник небольшой бафтинг, продолжавшийся в диапазоне околозвуковых скоростей. Бафтинг уменьшался по мере снижения скорости до значения, соответствующего числу М=0,8.

Когда ВКС прошел над авиабазой Эдварде на высоте 16,2 км, его скорость уменьшилась до значения, соответствующего числу М=1,3. При прохождении звукового барьера последовали два хлопка, и через несколько секунд два самолета Т-38, получившие от наземных РЛС сопровождения данные о местоположении ВКС, встретили его на высоте 9,9 км (смотри фотографию слева), с которой спуск ВКС проходил при угле наклона траектории к горизонту, равном 20º. Небольшое выравнивание уменьшило его скорость до 592 км/ч, Янг снова взял управление на себя, выполнил левый разворот на 210º при угле крена 35º и перегрузке 1,3, направляя ВКС на посадочную полосу N23 на дне высохшего озера Роджерс.