۲۳ مه ۲۰۰۳، پنجره پرتاب مارس اکسپرس باز شد و به زمان چهار هفته ادامه داشت. پنجره پرتاب دوره وقتی است که امکان پرتاب یک فضاپیما وجود دارد تا بتواند مأموریت خود را با پیروزی و مطابق برنامه‌ریزی انجام دهد.

بااین‌حال، درست قبل از این که فضاپیما برای سفر به کیهان‌ دروم بایکونور در قزاقستان، تولوز فرانسه را ترک کند، مهندسان یک نقص را در یکی از ماژول‌های الکترونیکی کشف کردند.

باتوجه به زمان تخمینی مورد نیاز برای اصلاح اشتباه، تاریخ پرتاب در ابتدا از ۲۳ مه تا ۶ ژوئن به تعویق افتاد.

با این‌حال، 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 فرگات، تحکیم‌کننده موشک مرحله بالایی سایوز، متصل شد و با موشک سایوز جفت شد.

کل سیستم چهار روز قبل از راه‌اندازی روی سایت پرتاب پخش شد. 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 مارس اکسپرس موتور مهم خود را در ساعت ۰۳:۴۷ به زمان اروپا، برای مصرف سوخت ۳۷ دقیقه‌ای به‌منظور ورود به مدار مریخ روشن کرد.

مدارگرد از اغاز سال ۲۰۰۴ اندازه‌گیری‌های علمی خود را با پیروزی انجام داد که 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.