La nave espacial Mercury No. 5 contenía seis nuevos sistemas que no habían estado en vuelos anteriores: sistema de control ambiental, sistema de control de estabilización de actitud, retrorreactores vivos, sistema de comunicaciones de voz, sistema de detección de abortos de «bucle cerrado» y una bolsa de aterrizaje neumática.
Seis chimpancés (cuatro hembras y dos machos) y 20 especialistas médicos y cuidadores de animales de la Base de la Fuerza Aérea de Holloman, en Nuevo México, donde los chimpancés vivían y eran entrenados, fueron trasladados a las dependencias detrás del Hangar S en Cabo Cañaveral, Florida, el 2 de enero de 1961. Los seis chimpancés fueron entrenados en simuladores Mercury durante tres semanas. El día antes del vuelo, se eligieron dos chimpancés para la misión: uno principal, Ham, y otro de reserva, una chimpancé hembra llamada Minnie. La competencia era feroz, pero Ham estaba lleno de energía y buen humor. Ham fue nombrado en honor del Centro Médico Aeroespacial Holloman. Ham procedía de Camerún, África, (nombre original Chang, Chimp No. 65) y fue adquirido por la USAF el 9 de julio de 1959. Tenía 3 años y 8 meses en el momento del lanzamiento.
A las 12:53 UTC del 31 de enero de 1961, Ham fue introducido en la nave. La cuenta atrás se retrasó entonces casi cuatro horas debido a un inversor caliente, y a varios otros problemas menores.
A las 16:55 UTC el MR-2 despegó. Un minuto después del lanzamiento, los ordenadores informaron de que el ángulo de la trayectoria de vuelo era al menos un grado demasiado alto y ascendente. A los dos minutos, los ordenadores predijeron una aceleración de 17 g (167 m/s²). A los 2 minutos y 17 segundos de vuelo, el combustible de oxígeno líquido (LOX) del Redstone se agotó. El sistema de aborto de bucle cerrado detectó un cambio en la presión de la cámara del motor cuando se agotó el suministro de LOX y disparó el sistema de escape del lanzamiento. El ángulo de vuelo elevado y el aborto prematuro hicieron que la velocidad máxima de la nave fuera de 2.298 m/s en lugar de los 1.970 m/s previstos. Los retrocohetes se habían desprendido durante el aborto y, por tanto, no pudieron utilizarse para frenar la nave. Todo ello hizo que se sobrepasara la zona de aterrizaje prevista en 209 km y que el apogeo fuera de 253 km en lugar de 185 km.
Otro problema se produjo a los 2 minutos y 18 segundos de vuelo, cuando la presión de la cabina bajó de 38 a 7 kPa (5,5 a 1 lb/pulg²). Esta avería se detectó posteriormente en la válvula de entrada de aire del snorkel. Las vibraciones habían aflojado un pasador en la válvula del snorkel y permitieron que la válvula se abriera. Ham estaba a salvo en su propio traje espacial de camilla y no sufrió ningún efecto negativo por la pérdida de presión en la cabina. La presión de su traje espacial se mantuvo normal, y la temperatura del traje se mantuvo dentro del rango óptimo de 60 a 80 grados Fahrenheit (16 a 26 °C).
Debido a la sobreaceleración del vehículo de lanzamiento y al impulso del cohete de escape, se alcanzó una velocidad de 5.857 mph (9.426 km/h) en lugar de las 4.400 mph (7.081 km/h) previstas. En el apogeo, la nave espacial de Ham estaba a 48 millas (77 km) más lejos de lo previsto. Ham estuvo sin peso durante 6,6 minutos en lugar de los 4,9 minutos previstos. La nave aterrizó a 422 millas (679 km) después de un vuelo de 16,5 minutos. Recibió 14,7 g (144 m/s²) durante la reentrada, casi 3 g (29 m/s²) más de lo previsto.
Ham realizó bien sus tareas, pulsando palancas unas 50 veces durante el vuelo. Las cámaras de a bordo que filmaron la reacción de Ham a la ingravidez mostraron una sorprendente cantidad de polvo y restos flotando en el interior de la cápsula durante el apogeo.
La nave descendió sobre las 12:12 pm. EST, fuera de la vista de las fuerzas de recuperación. Unos 12 minutos después, se recibió la primera señal de recuperación de la nave. El rastreo mostró que estaba a unas 60 millas (96 km) de la nave de recuperación más cercana. Veintisiete minutos después del aterrizaje, un avión de búsqueda avistó la cápsula flotando en posición vertical en el Atlántico. El avión de búsqueda solicitó a la Marina que enviara sus helicópteros de rescate desde el barco más cercano que los transportaba.
Cuando los helicópteros llegaron encontraron la nave espacial de lado, haciendo agua y sumergiéndose. Tras el impacto con el agua, el escudo térmico de berilio había rebotado contra el fondo de la cápsula, abriendo dos agujeros en el mamparo de presión de titanio. La bolsa de aterrizaje se había desgastado mucho y el escudo térmico se desprendió de la nave antes de su recuperación. Después de que la nave volcara, la válvula del snorkel abierta permitió que entrara aún más agua de mar en la cápsula. Cuando la tripulación del helicóptero finalmente enganchó y recogió la nave espacial de Ham a las 18:52 UTC, estimaron que había unas 800 libras (360 kg) de agua de mar a bordo. La nave espacial fue llevada y bajada a la cubierta del USS Donner. Cuando se abrió la nave espacial, Ham parecía estar en buenas condiciones y aceptó de buen grado una manzana y media naranja.