La STS-41-G Challenger, del 11 al 13 dochobre de 1984, foi la misión na misión na que Sullivan realizó la primer caminada espacial. Ella y lespecialista en misiones David Leestma realizaron una caminada espacial de 3 hores y media, na quoperaron un sistema diseñáu pamosar quun satélite podría recargar nórbita. Mientres la so misión docho díes, la tripulación esplegól Satélite Earth Radiation Budget, y realizó observaciones científiques de la Tierra col OSTA-3 (incluyendol radar SIR-B, ARCHIVU y esperimentos MAPS) y una cámara de gran formatu (LFC). Realizó una demostración de reabastecimiento de combustible per satélite utilizando combustible de hidracina col Sistema de reabastecimiento orbital (ORS), y realizó numberosos esperimentos na cabina, según lactivación docho recipientes Getaway Special. La STS-41-G completó 132 órbites alredor de la Tierra en 197.5 hores, antes daterrizar nel Centru Espacial Kennedy, Florida.