Troisième étage orbital opérationnel, Discovery (OV-103), porte le nom de deux voiliers célèbres. L'un emmena Henry Hudson en 1610-1611 à la recherche d'un passage par le nord-ouest entre l'Atlantique et le Pacifique ; il ne trouva finalement que ce qu'on vint à appeler baie d'Hudson. 

Discovery était aussi le nom du navire du capitaine James Cook pour la traversée au cours de laquelle il découvrit en 1778 ce qu'il appela Iles Sandwich, plus connues maintenant sous le nom d'Iles Hawaii. Discovery fut livrée au centre spatial Kennedy en novembre 1983 et fit ses débuts dans l'espace le 30 août suivant (STS-41D). Pendant cette mission, trois satellites furent déployés et Judy Resnik, une des six membres de l'équipage, fut la seconde américaine à voyager dans l'espace. La seconde mission de Discovery (STS-51A) fut marquée par la récupération de deux satellites de télécommunications en panne, Palapa B2 et Westar VI, pendant la spectaculaire marche dans l'espace de Joseph Allen et Dale Gardner.

  Lors de son quatrième vol (STS-51B),une marche dans l'espace non programmée de Jeffrey Hoffman et David Griggs ne put remettre en marche le satellite de télécommunications Leasat 3 qui refusait de fonctionner après son lancement. Mais l'honneur fut sauf lorsqu'au cours du sixième vol de Discovery, William Fisher et James van Hoften réparèrent le satellite avec succès puis le laissèrent aller ; STS-51I se déroula en août-septembre 1985. A la suite de la catastrophe de Challenger,Discovery n'effectua son vol suivant que trois ans plus tard ; cette mission, STS-26, marqua la reprise des vols de la navette. Discovery était pour ainsi dire le Phénix renaissant des cendres de Challenger. Posées sur l'aire de lancement, Discovery et la pile-navette ne semblaient différer en rien des navettes précédentes ; mais les apparences étaient trompeuses : à la lumière de l'accident de Challenger, plus de 400 grandes ou petites modifications avaient été apportées aux systèmes de la navette. A eux seuls, les fusées de surpuissance à poudre (SRB : Solid rocket booster) avaient subi 150 changements pour éviter la répétition du vice de construction qui avait causé le désastre. On modifia aussi la tuyauterie du réservoir extérieur et les moteurs principaux. Mais c'est Discovery elle-même qui subit les modifications les plus larges, quelque 220 en tout. Le bouclier thermique fut renforcé par endroits, et on améliora les freins, les pneus et la direction.

 De plus un nouveau système de sortie d'urgence fut mis sur pied, utilisable lors d'un lancement manqué et en vol plané ; il était constitué d'une perche télescopique le long de laquelle les astronautes pouvaient se laisser glisser et s'éloigner de l'étage orbital avant d'ouvrir leurs parachutes.

Le 29 septembre 1988, Discovery s'éleva spectaculairement de l'aire de lancement et sa mission fut impeccable. Quand l'étage orbital atterrit sur la Base de l'armée de l'air d'Edwards le 3 octobre, le contrôle d'Houston fit cette remarque : "Belle fin pour un nouveau départ". C'était bien cela.

 Depuis, Discovery est au premier plan de l'exploration de l'espace :

 lancement du télescope spatial Hubble avec (STS-31) pour observer les tréfonds de l'univers 

 sonde spatiale Ulysse (STS-41) pour mieux connaître les régions polaires du Soleil 

:STS-48) satellite de recherche en haute atmosphère,  pour analyser l'atmosphère terrestre, en ce qui concerne en particulier la destruction de l'ozone.