Am 9. Januar brachte die insgesamt dritte Antares-Trägerrakete die insgesamt zweite Cygnus-Versorgungskapsel für ihren ersten operationellen Einsatz zur Versorgung der Internationalen Raumstation in den Orbit. Der Start erfolgte um 19:07 Uhr mitteleuropäischer Zeit von der Rampe 0A des "Mid-Atlantic Regional Spaceport" (kurz: MARS) in Wallops Island in Virginia. Der Cygnus soll insgesamt 1.465 Kilogramm Versorgungsgüter zur ISS transportieren.

Der Start hatte sich vom Dezember in den Januar verschoben, weil es an Bord der ISS zu Problemen mit dem Kühlkreislauf gekommen war, der die sofortige Planung und Durchführung von zwei Außenbordmanövern am 21. und 24.Dezember nötig machte. Zusätzlich war für den 27. Dezember auch noch ein Außenbordmanöver der russischen Kosmonauten geplant, so dass die Astronauten zu sehr mit anderen Dingen beschäftigt waren, um auch nocheinen ankommenden Raumfrachter zu betreuen. Anders als die Progress-Raumschiffe oder das europäische ATV legt der Cygnus nicht selbständig an die Station an, sondern muss mit dem Robotarm "geborgen" werden. Dies ist eine mehrstündige Aktion, die den Einsatz von zwei Besatzungsmitgliedern erfordert.

Am 8. Januar gab es noch einmal eine eintägige Verzögerung wegen starker solarer Aktivität und damit verbundener erhöhter Partikelstrahlung. Die Ingenieure von OSC befürchteten, dass dies möglicherweise Einfluss auf die Bordelektronik des Cygnus nehmen könnte.

Die Antares ist eine Trägerrakete, bei der eine flüssigkeitsbetriebene erste Stufe mit einer feststoffbetriebenen zweiten Stufe kombiniert ist. Die erste Stufe wird mit 177 Tonnen flüssigem Sauerstoff und mit 65 Tonnen hochgereinigtem Kerosin betrieben. Hergestellt wird diese Stufe bei Yushmash in der Ukraine. Auch die Triebwerke stammen aus dem Gebiet der ehemaligen Sowjetunion. Es sind modifizierte NK-33, wie es schon in der N-1 Trägerrakete des gescheiterten sowjetischen Mondlandeprojektes eingesetzt wurde. Diese Raketenmotoren werden in den USA bei Aerojet modifiziert und tragen die offizielle Bezeichnung AJ-26-62.

In der zweiten Stufe befinden sich knapp 13 Tonnen der Feststoffmischung HTPB H8299. Das Startgewicht der gut 40 Meter langen Rakete beträgt 282 Tonnen. Die zweite Stufe ist im Wesentlichen eine verkürzte Version der ersten Stufe der "Peacekeeper"-Interkontinentalrakete und wird bei Orbital selbst hergestellt.

Der Start begann mit der Zündung der beiden AJ-26 Triebwerke, die danach auf 108 Prozent ihrer Nominalleistung hochgefahren und für 1,5 Sekunden getestet wurden. Danach wurden die Sprengladungen der Haltebolzen gefeuert und die Rakete hob ab. Der Startschub betrug etwa 3.350 Kilonewton. Das Gewichts- zu Schubverhältnis liegt somit bei unter 1,2 und der Aufstieg verlief damit in der Anfangsphase sehr langsam. Die ersten 18 Sekunden war die Flugrichtung genau vertikal, danach erfolgte das Neige- und Rollmanöver um die Rakete in den gewünschten Bahnwinkelzuneigen.

69 Sekunden nach dem Abheben überschritt die Antares die Schallgeschwindigkeit. Weitere zehn Sekunden später durchflog sie den Bereich der maximalen dynamischen Belastung. Nach drei Minuten und 53 Sekunden wurde die erste Stufe stillgelegt, weitere fünf Sekunden danach erfolgte die Stufentrennung. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Kombination in einer Höhe von 109 Kilometern. Danach folgte eine antriebslose Aufstiegsphase von 107 Sekunden Dauer entlang der suborbitalen Bahnkurve. Sie diente dazu, das Perigäum der Bahn anzuheben.  Unmittelbar vor der Zündung der zweiten Stufe wurden die Nutzlastverkleidung und der Zwischenring zwischen erster und zweiter Stufe abgetrennt.

Fünf Minuten und 46 Sekunden nach dem Verlassen der Startrampe war eine Höhe von 180 Kilometern erreicht und das Castor 30B-Triebwerk wurde gezündet. Es leistet einen durchschnittlichen Schub von 293 Kilonewton für eine Brenndauer von 128 Sekunden. Danach befand sich die Kombination auf einer Übergangsbahn mit einem Perigäum von 210 Kilometern, einem Apogäum von 298 Kilometern und einer Bahnneigung zum Äquator von 51,64 Grad. Von dort aus begann die Annäherung an die Raumstation.

An Bord des Cygnus-Transporters werden neben Experimenten und Versorgungsgütern für die Astronauten auch insgesamt 33 CubeSats zur Internationalen Raumstation transportiert. Sie sollen dort von einer speziellen Startvorrichtung aus von der Crew der ISS abgesetzt werden.