De tweede bemande ruimtemissie naar het Amerikaanse ruimtestation kreeg de naam Skylab 3 (SL-3) en werd op 28 juli 1973 gelanceerd vanop het Kennedy Space Center in Florida. Astronaut Alan Bean, die eerder al een ruimtevlucht maakte en hierbij op de maan wandelde, was gezagvoerder tijdens deze missie en hij werd bijgestaan door piloot Jack Lousma en Owen Garriott.
Dit was de eerste volledige wetenschappelijke missie van het Skylab ruimtestation nadat dit werd hersteld door de Skylab 2 bemanning nadat het schade had opgelopen tijdens de lancering. De Skylab 3 bemanning verbleef in totaal 58 dagen in het Skylab ruimtestation en voerde in deze periode drie ruimtewandelingen uit. Nadat de Saturn IB raket de Skylab 3 astronauten had gelanceerd vanop het lanceercomplex 39B, begonnen er problemen op te duiken met de Apollo commandomodule die op weg was naar het ruimtestation. Door deze technische problemen met de ruimtecapsule, was er een lek ontstaan maar toch slaagde de bemanning erin hun ruimtetuig te koppelen aan het Skylab ruimtestation terwijl men op het Kennedy Space Center alles al in gereedheid bracht om een reserve Apollo ruimtecapsule te lanceren die de crew moest gaan ophalen indien deze niet meer terug zouden kunnen naar de Aarde. Gelukkig werd de reserve Apollo ruimtecapsule nooit gelanceerd en kon de bemanning aan hun wetenschappelijk werk beginnen. Op 6 augustus 1973 maakten astronauten Garriott en Lousma hun eerste ruimtewandeling waarbij ze een beschadigd meteorietenschild vervingen door een zonnescherm dat gemonteerd werd over een ander zonnescherm dat tijdens de vorige bemande Skylab missie werd geïnstalleerd om het ruimtestation koel te houden.
Net als bij de vorige bemande Skylab missie was een heel groot deel van het wetenschappelijk onderzoek gericht op geneeskunde en onderzoek naar de gevolgen van gewichtloosheid op het menselijk lichaam. Tijdens deze onderzoeken werden vooral de beenderstructuur en het bloed onderzocht maar zo namen wetenschappers ook foto’s van het gezicht van de astronauten voor het vertrek van hun missie en tijdens hun missie in de ruimte om op deze manier het “puffy face syndrome” te onderzoeken. De astronauten hadden ook enkele diertjes aan boord die deel uitmaakten van biologische experimenten. Zo werden enkele muisjes en fruitvliegjes onderzocht in gewichtloze toestand maar helaas mislukten deze experimenten door een ongelukkige stroomuitval. Bij elke bemande Skylab ruimtemissie zouden ook enkele schoolexperimenten meegenomen worden. Zo werd tijdens de Skylab 3 missie ondermeer onderzoek verricht naar het vormen van een web door een spin in de ruimte en naar röntgenstralen die afkomstig zijn van de planeet Jupiter. In totaal verbleef de Skylab 3 bemanning 58 dagen in het ruimtestation. Tijdens hun lange verblijf in de ruimte werd ook onderzoek verricht naar hygiëne en levensomstandigheden in de ruimte.
Op 24 augustus 1973 en 22 september 1973 maakten de astronauten nog eens twee ruimtewandelingen. In totaal werd er meer dan 13 uur buiten het ruimtestation gewerkt tijdens deze missie. Het wetenschappelijk gedeelte van de Skylab 3 missie bleek een groot succes te zijn doordat de drie astronauten maar liefst 1.081 uur besteedden aan experimenten en wetenschappelijk onderzoek waarvan een groot gedeelte aan zonneobservatie. De drie astronauten maakten in totaal 858 omwentelingen om de Aarde en keerden op 25 september 1973 terug naar de Aarde waarna hun ruimtecapsule werd tentoongesteld in Glenn Research Center in Ohio.
