Во второй полёт шаттл «Колумбия» отправился 12 ноября 1981 года в 10:10 EST, через 7 месяцев после первого запуска. Первоначально старт был назначен на 9 октября, однако из-за технических неполадок был перенесён сперва на 4 ноября, а затем уже на 12-е.
STS-2 — первый в истории полёт, в котором повторно использовался пилотируемый космический корабль. Перед запуском «Колумбия» провела 103 дня в корпусе подготовки орбитальной ступени (Orbiter Processing Facility). На борту корабля в качестве полезной нагрузки находились DFI и OSTA-l, состоящие из инструментов дистанционного зондирования. Эти инструменты, включая радиолокационную станцию «Shuttle Imaging Radar-A», позволили успешно осуществлять дистанционное зондирование земных ресурсов, качества окружающей среды, морских и погодных условий. Также впервые была проверена работа канадского манипулятора «Канадарм» в различных режимах.
Во время полёта центр управления посетил президент США Рональд Рейган. Визит планировался во время первого полёта шаттла, но тогда был отменён из-за покушения на жизнь президента за две недели до старта.