La charge utile est strictement confidentielle mais selon certaines sources, elle serait constituée d'un satellite d'observation radar baptisé Lacros/Vega 1.
Déroulement
Le lancement est prévu le mais le Centre spatial Kennedy est sous une épaisse couche nuageuse et le lancement est reporté au lendemain. Le , Atlantis s'élance dans l'espace depuis le pas de tir 39B à 14 h 30 TU. Cette mission étant militaire et donc confidentielle, la suite du vol n'est pas connue. On suppose néanmoins que le satellite Lacros/Vega 1 s'est déployé avec succès. Le , Atlantis se pose sur la piste 17 de la base d'Edwards à 23 h 36 TU.
Après vol
L'inspection de la navette après le vol montra qu'une tuile de la navette est manquante et que 175 autres sont abîmées à la suite de la perte d'un morceau d'isolant.
Durant le décollage, les astronautes ont remarqué une matière blanche qui apparaissait à plusieurs reprises. À la suite de ces informations, l'équipage décide de réaliser une inspection des tuiles. STS-27 étant une mission confidentielle, les astronautes sont contraints d'utiliser une connexion chiffrée lente, obligeant la NASA à recevoir des images de basse qualité. La tuile manquante a donc été confondue avec des jeux de "lumières et ombres". Les ingénieurs de la NASA ont donc autorisé la rentrée atmosphérique.
C'est le deuxième vol d'une navette spatiale américaine depuis la tragédie de Challenger et le deuxième vol de Jerry Ross, qui a réalisé sept vols spatiaux.