Mercury-ruimtevaartuig No. 5 bevatte zes nieuwe systemen die nog niet op eerdere vluchten aanwezig waren geweest: een milieucontrolesysteem, een standstabilisatiesysteem, live-retroruimtes, een systeem voor spraakcommunicatie, een “closed loop”-afbrekersensorsysteem en een pneumatische landingszak.
Zes van chimpansees (vier vrouwelijke en twee mannelijke) en 20 medische specialisten en dierenverzorgers van Holloman Air Force Base, New Mexico, waar de chimpansees woonden en werden getraind, werden op 2 januari 1961 ondergebracht achter Hangar S op Cape Canaveral, Florida. De zes chimpansees werden drie weken lang getraind in Mercury simulators. De dag voor de vlucht werden twee chimpansees uitgekozen voor de missie: een primaire, Ham, en een reserve, een vrouwtjes chimpansee genaamd Minnie. De concurrentie was hevig, maar Ham was vol energie en goed humeur. Ham werd genoemd ter ere van Holloman Aerospace Medical Center. Ham was afkomstig uit Kameroen, Afrika, (oorspronkelijke naam Chang, Chimp No. 65) en werd gekocht door de USAF op 9 juli 1959. Hij was 3 jaar en 8 maanden oud bij de lancering.
Om 12:53 UTC, 31 januari 1961, werd Ham in het ruimteschip geplaatst. Het aftellen werd toen bijna vier uur vertraagd vanwege een hete omvormer, en een aantal andere kleine problemen.
Om 16:55 UTC steeg de MR-2 op. Een minuut na de lancering meldden de computers dat de vluchtpadhoek ten minste één graad te hoog was en toenam. Na twee minuten voorspelden de computers een versnelling van 17 g (167 m/s²). Na 2 minuten en 17 seconden van de vlucht was de vloeibare zuurstof (LOX) van de Redstone uitgeput. Het closed-loop afbrekingssysteem detecteerde een verandering in de druk in de motorruimte toen de LOX voorraad op was en vuurde het lanceerafbrekingssysteem. De afbreking signaleerde een Mayday bericht aan de bergingstroepen.
De hoge vluchthoek, en de vroege afbreking, veroorzaakte de maximale snelheid van het ruimtevaartuig van 2.298 m/s (7.540 ft/s) in plaats van de geplande 1.970 m/s (6.465 ft/s). De retrorockets waren overboord gegooid tijdens het afbreken en konden daarom niet worden gebruikt om het ruimtevaartuig af te remmen. Dit alles leidde tot een overschrijding van het geplande landingsgebied met 209 km en een hoogste punt van 253 km in plaats van 185 km.
Een ander probleem deed zich voor na 2 minuten en 18 seconden van de vlucht, toen de cabinedruk daalde van 38 tot 7 kPa. Deze storing werd later herleid naar de luchtinlaat snorkelklep. Door trillingen was een pen in de snorkelklep losgeraakt, waardoor de klep open kon gaan. Ham zat veilig in zijn eigen ruimtepak en ondervond geen nadelige gevolgen van het drukverlies in de cabine. De druk in zijn ruimtepak bleef normaal en de temperatuur van zijn pak bleef ruim binnen het optimale bereik van 16 tot 26 graden Fahrenheit.
Door de overacceleratie van de lanceervoertuig en de boost van de ontsnappingsraket, werd een snelheid van 9.426 km/u bereikt in plaats van de geplande 7.081 km/u. Op het hoogste punt was Ham’s ruimteschip 77 km verder in de ruimte dan gepland. Ham was 6,6 minuten gewichtloos in plaats van de 4,9 minuten die waren gepland. Het ruimteschip landde 422 mijl (679 km) verder weg na een vlucht van 16,5 minuten. Hij ontving 14,7 g (144 m/s²) tijdens de terugkeer in de dampkring, bijna 3 g (29 m/s²) meer dan gepland.
Ham voerde zijn taken goed uit, hij drukte ongeveer 50 keer op een hendel tijdens de vlucht. Camera’s aan boord die de reactie van Ham op de gewichtloosheid filmden, toonden een verrassende hoeveelheid stof en puin dat tijdens het hoogste punt in de capsule ronddwarrelde.
Het ruimtevaartuig kwam rond 12:12 uur naar beneden. EST, uit het zicht van de bergingstroepen. Ongeveer 12 minuten later werd het eerste signaal van het ruimtevaartuig ontvangen. Het bleek ongeveer 96 km van het dichtstbijzijnde bergingsschip te zijn. Zevenentwintig minuten na de landing, zag een zoekvliegtuig de capsule rechtop drijven in de Atlantische Oceaan.
Toen de helikopters arriveerden, vonden ze het ruimteschip op zijn kant, ondergedompeld in water. Bij de inslag van het water was het beryllium hitteschild tegen de capsulebodem gestuiterd, waardoor twee gaten in het titanium drukschot waren geslagen. De landingszak was versleten, en het hitteschild was losgerukt van het ruimteschip voor herstel. Nadat het vaartuig kapseisde, liet de open snorkelklep nog meer zeewater in de capsule lopen. Toen de helikopterbemanning uiteindelijk het ruimteschip van Ham oppikte om 18:52 UTC, schatte men dat er ongeveer 360 kg zeewater aan boord was. Het ruimteschip werd naar het dek van USS Donner gevlogen en daar neergelaten. Toen het ruimteschip werd geopend bleek Ham in goede conditie te zijn en accepteerde gemakkelijk een appel en een halve sinaasappel.