۳ مه ۲۰۰۳، فضاپیمای «مارس اکسپرس» چراغ سبز نهایی را برای پرتاب، بعد از تکمیل یک بازدید پیروزی‌آمیز دریافت کرد.

آژانس فضایی اروپا پیشتر اظهار کرده می بود که پنجره پرتاب مارس اکسپرس در ۲۳ مه باز خواهد شد و چهار هفته ادامه خواهد داشت. بااین‌حال، درست قبل از این که فضاپیما برای سفر به ایستگاه پرتاب کیهان‌دروم بایکونور در قزاقستان، تولوز فرانسه را ترک کند، مهندسان یک نقص را در یکی از ماژول‌های الکترونیکی کشف کردند.

باتوجه به زمان تخمینی موردنیاز برای اصلاح اشتباه، تاریخ پرتاب در ابتدا از ۲۳ مه تا ۶ ژوئن به تعویق افتاد و این بازه خارج از پنجره پرتاب می بود. بااین‌حال، به لطف توانایی و فداکاری تیم مهندسی، کار سریعتر از حد انتظار به آخر رسید و تاریخ پرتاب به جلو پیش رفت.

با نشان‌دادن‌ چراغ سبز، سوخت مارس اکسپرس فراهم شد، عملیاتی که نزدیک به یک هفته طول کشید. سپس به تحکیم‌کننده موشک مرحله بالایی سایوز متصل شد و با آن جفت شد. کل سیستم چهار روز قبل از راه‌اندازی روی زمین پخش شده‌ می بود.

در ۲ ژوئن ۲۰۰۳، موشک سایوز از بایکونور بلند شد و مارس اکسپرس در راه می بود. بعد از یک سفر ۲۰۵ روزه و طی ۴۰۰ میلیون کیلومتر، کاوشگر فضایی به مدار مریخ رسید.

مدارگرد از اغاز سال ۲۰۰۴ اندازه‌گیری‌های علمی خود را با پیروزی انجام داد. اطلاعات شامل تصویربرداری با وضوح بالا و نقشه‌برداری کانی‌شناسی از سطح، صداگذاری راداری از ساختار زیرسطحی، تعیین دقیق گردش و ترکیب اتمسفر و مطالعه برهمکنش جو با محیط بین سیاره‌ای می‌شد.