Ride oli yksi viidestä miehistöjäsenestä avaruussukkula Challenger STS-7: ssä. Hänestä tuli 18. kesäkuuta 1983 ensimmäinen amerikkalainen nainen avaruudessa ja nuorin amerikkalainen avaruudessa. Tehtävän suorittaminen kesti viikon. Ennen laukaisua tohtori Ridea haastateltiin useita kertoja valmistautumisestaan avaruuteen. Harjoitteluun liittyvien kysymysten joukossa hänelle esitettiin myös kysymyksiä siitä, kuinka tila vaikuttaa hänen lisääntymiskykyynsä ja millaista meikkiä hän aikoi tehdä tehtävälle. Hän käsitteli kysymyksiä armoisesti ja sanoi myöhemmin: ”On liian paha, tämä on niin iso juttu. On liian huono, että yhteiskuntamme ei ole enää mukana.”
Tehtävän aikana Ride oli lentotekniikka. Hän laukaisi kaksi tietoliikennesatelliittiä, käytti sukkulan mekaanista kättä ja suoritti kokeita. Vuoden 2008 haastattelun aikana Ride muisteli: ”Lähtöpäivänä oli niin paljon jännitystä ja niin paljon tapahtuu ympärillämme miehistön tiloissa, jopa matkalla laukaisualustalle, en oikeastaan ajatellut sitä niin paljon tuolloin – mutta tulin ymmärtämään, kuinka suuri kunnia oli olla valittu ensimmäinen sai mahdollisuuden mennä avaruuteen. ”
5. lokakuuta 1984 Ride lähti uudelle sukkulamatkalle – STS-41G: lle. Hän vietti kahdeksan päivää maapallon tieteellisiä havaintoja. Hän myös työskenteli sukkuloiden tankkaustekniikoiden parissa. Toisen tehtävänsä jälkeen Ride työskenteli vuoden 1986 Challenger-onnettomuuden tutkimisessa. Tutkimuksen jälkeen hän otti NASAn pääkäyttäjän erityisavustajan tehtäväksi pitkän kantaman ja strategisen suunnittelun.
Ride toimi Kalifornian avaruustiedeinstituutin johtajana tute, Kalifornian yliopiston tutkimuslaitos. Hän työskenteli myös fyysikkona ja fysiikan professorina Kalifornian yliopistossa San Diegossa. Ride oli presidentin tiede – ja teknologianeuvojien komitean jäsen ja toimi kansallisen naisten historiamuseon neuvottelukunnassa.
Hän kuoli 23. heinäkuuta 2012 17 kuukauden taistelun jälkeen haimasyöpään. Hän oli 61. Elämänsä aikana Ride piti henkilökohtaisen elämänsä yksityisenä. Hän meni naimisiin toisen astronautin Steve Hawleyn kanssa vuonna 1982, mutta he erosivat vuonna 1987. Hänen kuolemansa jälkeen Tam OShaughnessy avasi heidän 27 vuoden suhteensa. He tapasivat lapsina kilpailiessaan tenniskilpailuissa, pysyivät läheisinä ystävinä ja ystävyys kukoisti rakkaudeksi. Ride ja O’Shaughnessy olivat avoimia suhteistaan kumppaneina ja liikekumppaneina, etenkin Riden elämän loppupuolella. Ride ei ole vain ensimmäinen amerikkalainen nainen avaruudessa, vaan myös ensimmäinen tunnustettu homo-astronautti. Vuonna 2013 presidentti Obama kunnioitti Rideä postuumisti presidentin vapausmitalilla, ja OShaughnessy hyväksyi palkinnon.
Dr. Sally Ride oli intohimoisesti parantamassa luonnontieteellistä koulutusta ja auttamalla nuoria naisia ja tyttöjä lisäämään kiinnostusta tieteeseen. Yksi hänen pyrkimyksistään oli Imaginary Lines, joka tukee tyttöjä, jotka ovat kiinnostuneita matematiikasta, luonnontieteistä ja tekniikasta. Hän kirjoitti myös seitsemän avaruustutkimusaiheista lasten kirjaa. Hän ja OShaughnessy perustivat voittoa tavoittelemattoman Sally Ride Science -organisaation, joka kannustaa kaiken taustan lapsia kiinnostumaan tiede, tekniikka, tekniikka ja matematiikka (STEM.) Jopa hänen kuolemansa jälkeen Sally Riden perintö innostaa ihmisiä tavoittamaan tähtiä .