Aug. 25, 1973 tarihinde, planlanan 59 günlük görevlerinin yaklaşık ortasında, Komutan Alan L. Bean, Pilot Jack R. Lousma ve Bilim Pilotu Owen K. Garriott’dan oluşan Skylab 3 mürettebatı, Haziran 1973’te Skylab 2 mürettebatı tarafından belirlenen 28 günlük uzayda kalma rekorunu kırdı. Uzay aracıyla sızdıran roketlerin üstesinden geldikten sonra, ardından uzay hareket hastalığı nöbetleri yaşandı. Bir rekor kıran uzay yürüyüşü sırasında, uzay istasyonunu soğutmaya yardımcı olmak için ikinci bir güneşlik açarak, fırlatmada hasar görmüş olan uzay istasyonunun ilk büyük görevini yerine getirdiler.
İlave roket sızıntıları, NASA’nın bir kurtarma görevi uygulamasına neredeyse neden olacaktı, ancak bu sorunu çözdükten sonra Bean, Lousma ve Garriott göreve yerleşti ve başlangıçta planlanandan daha fazla araştırma gerçekleştirdi. Dünyaya dönmeye hazırlanmadan önce iki uzay yürüyüşü daha gerçekleştirdiler.
Fırlatma tarihini takip eden zaman diliminden itibaren, astronotların ilk birkaç günü olaylı geçti. Skylab ile randevuda, uzay aracının dört kümelenmiş roketinden biri sızmaya başladı. Roketler, Hizmet Modülü (SM) etrafında 90 derecelik aralıklarla yer alan, randevu manevraları sırasında tutum kontrolü sağlayan roketlerdir. Görev Kontrolü, sızan kümeyi kapatmalarını söyledi ve astronotlar, görev öncesinde hiç pratik yapmadıkları üç çalışan küme kullanarak randevu, denetim uçuşu ve kenetlenmeyi tamamladı. İlk kez bir uzay istasyonu ikinci bir mürettebatı kabul etti.
Ancak uzay istasyonuna taşındıktan kısa bir süre sonra, üç mürettebat üyesi de uzay hareket hastalığının belirtilerini yaşadı ve bu da zaman çizelgelerini geride bırakmalarına neden oldu. Yöneticiler, ilk planlanan uzay yürüyüşünü mürettebatın iyileşmesine zaman vermek için bir hafta kadar erteledi. Bu arada, SM’nin ikinci takım roketleri de sızmaya başladı ve mürettebat hızla o kümeyi kapattı. Görev yöneticileri, yarısı çalışan SM’nin mürettebatı güvenli bir şekilde Dünya’ya döndüremeyebileceğinden endişe duyduğundan, Skylab’ın ikinci kenetlenme portunu kullanarak olası bir kurtarma görevi için hazırlıklara başladılar.
Skylab 4 mürettebatı tarafından kullanılması planlanan sonraki uzay aracı ve roket için hazırlıkları hızlandırdılar, aracı 14 Ağustos’ta Fırlatma Platformu 39B’ye taşıyarak Eylül başında fırlatmayı mümkün kıldılar. Kurtarma senaryosunda astronotlar Vance D. Brand ve Don L. Lind, Skylab’a uçacak ve yan kenetlenme limanına kenetlenecek ve beş mürettebat üyesini konaklatmak için iki ekstra koltuk eklenmiş bir Komuta Modülü ile Bean, Lousma ve Garriott’ı evlerine götürecekti. Sonunda yöneticiler, Skylab 3 mürettebatının yarım çalışan roketlerle güvenli bir şekilde eve dönmek için Brand ve Lind’in yer simülatörlerinde geliştirdiği alternatif prosedürleri kullanabileceğine karar verdiler ve kurtarma girişimini durdurdular.
Aug. 6 tarihinde, 6 saat 31 dakikalık uzay yürüyüşü sırasında, o güne kadar gerçekleştirilen en uzun Dünya yörüngesi uzay yürüyüşü olan Garriott ve Lousma, istasyonu soğutmak için yeni bir güneşlik takarken ve Apollo Teleskop Montajı’ndaki (ATM) film kapsüllerini değiştirdi.
Skylab 3 astronotları, yalnızca çeşitli bilim ve teknoloji deneyleri üzerinde çalışmaya başlamakla kalmadı, aynı zamanda uzayda nasıl yaşayacaklarını da öğrendiler. Biyomedikal araştırmaları, uzun süreli uzay uçuşunun fizyolojik tepkilerini anlamak üzerine odaklandı; kardiyovasküler, nörovistibüler ve kas-iskelet sistemlerindeki değişiklikler, genel metabolizma ve beslenme dahil.
Mürettebat üyeleri, Yeryüzü Kaynakları Deney Paketi’ndeki (EREP) multispektral cihazları kullanarak seçilen yer sitelerinin beklenen sayısının üzerinde gözlem tamamladı ve ATM ile planlanan güneş ve astronomi gözlemlerini aştı. Bir teknoloji gösterimi olarak, mürettebat Astronot Manevra Ünitesi’ni (AMU) Orbital Atölye’nin geniş kubbesi içinde uçurma pratiği yaptı.
AMU, Astronot Manevra Ünitesi’nin teknolojisini gösterdi; bir astronota uzay aracının dışında serbestçe işlem yapma olanağı sağlayan, 1980’lerdeki uydu servis görevlerinde uzay mekiği programında kullanılan bir cihazdır. İki balık, 50 balık yumurtası, altı cebir faresi, 720 meyve sineği pupası ve iki örümcek bilimsel çalışmalar için konu oldu. Örümcekler, Arabella ve Anita adını taşıyordu ve ağırlıksızlıkta ağ örmek için örümceklerin yeteneklerini incelemek için bir öğrenci deneyi olarak uçtu.
Uzun süreli uzay uçuşunun etkilerine daha etkili bir şekilde karşı koymak için, ikinci mürettebat daha fazla egzersiz yapmaya daha fazla zaman harcadı, bu birinci mürettebatın deneyiminden edinilen bir dersdi. 24 Ağustos’ta Garriott ve Lousma, ATM film kapsüllerini değiştirmek ve istasyonun içine monte ettikleri yeni bir dizi hız moment jiroskopu için 24 fitlik bir kablo takmak için 4 saat 31 dakika süren ikinci bir uzay yürüyüşü gerçekleştirdi. Üçüncü ve son uzay yürüyüşü, Bean ve Garriott’un dışarı çıktığı, mürettebatın Dünya’ya dönüşünden sadece 3 gün önce gerçekleşti.
25 Ağustos’ta Bean, Lousma ve Garriott, en uzun insan uzay uçuşu rekoru olan Skylab 2’nin 28 günlük rekorunu aştılar. Tıbbi uzmanlardan oluşan bir ekip ve görev yöneticileri, 28 günün ötesinde görevlerine devam etmeleri için onay verdi ve uçuşun sonuna kadar haftalık incelemeler ve onaylar yapıldı. 27 Ağustos’ta, Skylab 3 mürettebatı, önceden Manned Spacecraft Center olarak adlandırılan ve yeni adıyla Lyndon B. Johnson Uzay Merkezi’ne adanmış resmi bir törenin bir parçası olarak yer yüzüne bir mesaj gönderdi.
NASA Yöneticisi James C. Fletcher, astronotların 35. Başkan’a saygılarını sunduğu, Skylab’daki çalışmalarının, “Senato ve başkanlık dönemindeki güçlü destek ve liderliği olmasaydı mümkün olmayacağını” belirttiği mesajı törende okudu.
Eylül 10’da işler o kadar sorunsuz ilerliyordu ki, Garriott planladığı bir şaka yapmaya karar verdi. Göreve çıkmadan önce, karısı Helen’den bazı diyalogları, aralara serpiştirilmiş saniyelik sessizliklerle kaydetmesini istedi. Böylece Bean bunu uzaydan yere döngüde çaldığında, mürettebatla doğrudan konuşan Misyon Kontrolündeki astronot olan kapsül iletişimcisi veya capcom ile yapılan bir konuşma gibi duyulacaktı.
Mürettebatın yanına evde pişirilen bir yemeği teslim etmek üzere Skylab’a çıktığı bahanesiyle, capcom Robert L. Crippen ile “sohbet etti”, şaka için istekli bir katılımcı. Helen, hatta o yılın o mevsiminde nadir olmayan Kaliforniya’daki yangınlar hakkında bazı yorumlar bile kaydetti, böylece konuşma daha gerçekçi görünüyordu. Şakanın nasıl düzenlendiğinin farkında olmayan geri kalan uçuş kontrol ekibi, hikayenin tamamını 1998 yılında, Garriott bir Skylab 25. yıl buluşmasında itiraf edene kadar duymadılar.