À environ 9 h (HNE), le 13 novembre 1981, le pilote Richard Truly procède au premier déploiement du Canadarm (bras 201) hors de la soute de la navette Columbia. Truly met à l'épreuve le bras télémanipulateur canadien en testant tous ses modes de fonctionnement. « Le bras est sorti de la navette et fonctionne merveilleusement », déclare Truly au Centre de contrôle de mission. « Ses déplacements sont beaucoup plus souples qu'ils paraissaient lors des séances de simulation. »

Le Canadarm (bras 201) est utilisé pour déployer et manoeuvrer le dispositif de diagnostic du plasma lors de la première mission opérationnelle du télémanipulateur de la navette.

Le Canadarm (bras 201) est utilisé pour déployer et manoeuvrer l'appareil de surveillance de conditions induites.

Manoeuvré par Sally Ride, la première femme américaine à aller dans l'espace, le Canadarm (bras 201) est utilisé pour déployer puis récupérer l'avant-poste spatial SPAS-01.

Le Canadarm (bras 201) est utilisé pour déployer et manoeuvrer le dispositif de tests en vol des charges utiles.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé comme plate-forme de travail pour la sortie dans l'espace des astronautes Bruce McCetless et Robert Stewart. Au cours de deux sorties dans l'espace, les deux astronautes procèdent aux premiers tests dans l'espace du fauteuil spatial, une sorte de scooter spatial volant librement.

Le Canadarm (bras 302) est utilisé pour déployer la batterie d'exposition prolongée de 10,5 tonnes ainsi que pour la récupération, la réparation et le redéploiement du satellite Solar Maximum. Cette première réparation d'un satellite en orbite est accomplie par les astronautes James Van Hoften et George Nelson.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour déboucher des drains de vidange d'eaux usées sur la navette.

Premier vol d'un astronaute canadien avec Marc Garneau à bord à titre de responsable de l'expérience CANEX-1. Le Canadarm (bras 302) est utilisé pour déployer et activer le satellite du bilan radiatif de la Terre ainsi que pour appuyer Kathryn Sullivan et David Leestma lors de leur sortie extravéhiculaire.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour le sauvetage des satellites Westar VI et Palapa B-2 ainsi que pour appuyer les activités extravéhiculaires des astronautes Joseph Allen et Dale Gardner.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour appuyer la première mission du Département de la défense, une mission secrète d'une durée de trois jours.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour réparer le satellite de télécommunications Syncom au cours d'une sortie extravéhiculaire de 3 heures et 10 minutes réalisée par Jeffrey Hoffman et David Griggs. Un satellite de télécommunications Anik est également déployé durant cette mission.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour déployer, activer et récupérer la charge utile Spartan-1. Pour son premier vol, Spartan (pour Navette Pointed Autonomous Research Tool for Astronomy) fonctionne de façon autonome aux environs de la navette.

Le Canadarm (bras 302) est utilisé pour déployer, activer et récupérer le dispositif de diagnostic du plasma.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé comme plate-forme de travail pour la réparation du satellite Syncom/Leasat-3 par les astronautes James Van Hoften et William Fisher.

Le Canadarm (bras 302) est utilisé pour surveiller les décharges d'eaux usées de la navette.

Le Canadarm (bras 303) est utilisé pour une démonstration de construction en treillis par les astronautes Jerry Ross et Sherwood Spring. Au cours de deux sorties extravéhiculaires d'une durée totale de 12 heures et 20 minutes, ils réalisent l'expérience EASE/ACCESS (Assembly Concept for Construction of Erectable Space Structures).

L'équipage, incluant la première enseignante dans l'espace Christa McAuliffe, et le Canadarm (bras 302) disparaissent dans l'explosion de Challenger, 73 secondes après le lancement.

Première mission du Canadarm à bord de la navette spatiale Atlantis. Le Canadarm (bras 201) est utilisé pour appuyer cette mission secrète du Département de la défense d'une durée de quatre jours.

La spécialiste de mission Bonnie Dunbar utilise le Canadarm (bras 201) pour récupérer la batterie d'exposition prolongée de 10,5 tonnes orbitant silencieusement depuis 1984. Dunbar saisit le satellite de la dimension d'un autobus durant le quatrième jour de la mission, le 12 janvier.

Le Canadarm (bras 301), manoeuvré par le spécialiste de mission Steven Hawley, est utilisé pour déployer et activer le télescope spatial Hubble.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour évaluer les effets de l'oxygène atomique sur divers matériaux de la charge utile Intelsat Solar Array Coupon.

Le Canadarm (bras 303) est utilisé pour le déploiement de l'observatoire de rayons Gamma. Le télémanipulateur de la navette est également utilisé pour appuyer les deux sorties extravéhiculaires des astronautes Jerry Ross et Jerome Apt totalisant 10 heures et 49 minutes.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour déployer et récupérer la plate-forme SPAS (Shuttle Pallet Satellite) lors de sa première mission non secrète commanditée par le Département de la défense. La plate-frome SPAS transporte l'expérience IBSS (Infrared Background Signature Survey).

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour déployer le satellite de recherche sur la haute astmosphère, avec onze charges utiles scientifiques incluant l'instrument canadien WINDII.

Le Canadarm (bras 303) est utilisé pour récupérer le satellite Intelsat-VI et pour appuyer les quatre sorties extravéhiculaires nécessaires à la réparation du satellite de télécommunications. La troisième sortie spatiale, effectuée par les astronautes Pierre Thuot, Richard Hieb et Thomas Akers, constitue la première sortie spatiale impliquant trois personnes et la plus longue activité extravéhiculaire américaine avec une durée de 8 heures et 29 minutes.

Le Canadarm (bras 201), manoeuvré par le premier spécialiste de mission non américain, l'astronaute de l'Agence spatiale européenne (ESA) Claude Nicollier, est utilisé pour déployer la plate-forme EURECA. Transportant du matériel divers ainsi que des expériences en sciences de la vie et en radiobiologie, EURECA (European Retrievable Carrier) demeurera près de 11 mois en orbite autour de la Terre avant d'être récupéré lors de la mission STS-57 en juin 1993.

Aucune charge utile pour le Canadarm lors de cette mission en sciences de la vie. Le Canadarm (bras 303) est utilisé seulement pour des manoeuvres expérimentales.

Le troisième astronaute de l'Agence spatiale canadienne à aller dans l'espace Steve MacLean participe à cette mission. Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour appuyer l'expérience CANEX-2 incluant les premiers essais sur le Système canadien de vision spatiale (SCVS). Les caméras dans la soute de la navette sont pointées sur un ensemble de cibles disposées sur la surface du Module cible canadien (MCC), un satellite passif fixé à l'extrémité du Canadarm pour les besoins de l'expérience CANEX.

Le Canadarm (bras 201) est utilisé pour déployer, activer et récupérer la plate-forme Spartan-201 lors de cette mission de physique solaire.

Le Canadarm (bras 303) est utilisé pour récupérer la plate-forme EURECA. Le Canadarm appuie également la sortie extravéhiculaire de G. David Low et Jeff Wisoff dont la durée est de 5 heures et 50 minutes.

Le Canadarm (bras 201) est utilisé pour déployer, activer puis récupérer la plate-forme ORFEUS-SPAS qui transporte, en plus de sa charge utile astronomique, une caméra IMAX de fabrication canadienne.

Manoeuvré par le spécialiste de mission de l'ESA Claude Nicollier, le Canadarm (bras 303) est utilisé pour récupérer puis redéployer le télescope spatial Hubble lors de cette indispensable première mission de réparation. Le Canadarm appuie également un nombre record de cinq activités extravéhiculaires (EVA) totalisant 35 heures et 28 minutes. Ces sorties extravéhiculaires sont réalisées par les astronautes F. Story Musgrave et Jeffrey Hoffman (EVA 1, EVA 3 et EVA 5), ainsi que Thomas Akers et Katherine Thornton (EVA 2 et EVA 4).

Pour la première fois, un cosmonaute russe, Sergei Krikalev, vole à bord d'une navette spatiale américaine. Le troisième jour de la mission, le spécialiste de mission Jan Davis saisit le dispositif de protection contre les turbulences (WSF-1 pour Wake Shield Facility) avec le Canadarm (bras 201) et soulève le disque de 3,7 mètres de largeur (utilisé pour écarter les molécules d'oxygène atomique errantes afin de créer un vide ultrapure derrière le satellite) au-dessus de la soute de la navette Discovery.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé conjointement avec un effecteur magnétique pour faire la démonstration de tâches exigeant une grande dextérité.

Pas de charge utile pour le Canadarm. Le télémanipulateur (bras 303) est utilisé seulement pour appuyer les activités extravéhiculaires en cas d'urgence.

Le Canadarm (bras 201) est utilisé pour installer la grue expérimentale SPIFEX (Shuttle Plume Impingement Flight Experiment), pour déployer puis récupérer Spartan 201-II et pour appuyer les activités extravéhiculaires d'une durée totale de 6 heures et 51 minutes réalisées par les astronautes Mark Lee et Carl Meade. Les deux astronautes écrivent une page d'histoire lorsqu'ils testent le SAFER (Simplified Aid for EVA Rescue), un petit équipement de survie propulsif autonome qui permet de se déplacer librement en cas d'urgence pendant une activité extravéhiculaire.

Pas de charge utile pour le Canadarm. Le télémanipulateur (bras 303) est utilisé seulement pour appuyer les activités extravéhiculaires en cas d'urgence.

Manoeuvré par le spécialiste de mission de l'ESA Jean-François Clervoy, le Canadarm (bras 202) est utilisé pour déployer et récupérer la plate-forme CRISTA-SPAS. L'objectif de la mission CRISTA-SPAS est d'étudier la composition chimique de l'atmosphère moyenne de la Terre.

Durant cette historique mission de rendez-vous avec la station spatiale Mir, le Canadarm (bras 201) déploie et récupère la plate-forme Spartan 204 puis appuie une activité extravéhiculaire d'une durée de 5 heures et 39 minutes réalisées par les astronautes Bernard Harris et C. Michael Foale. L'équipage de la station Mir comprend la première femme pilote, Eileen Marie Collins.

Pas de charge utile pour le Canadarm lors de ce vol. Le télémanipulateur (bras 303) est utilisé seulement comme plate-forme pour des expériences sur l'exposition des matériaux.

Le Canadarm (bras 303) est utilisé pour déployer et récupérer l'expérience en ultra-vide du dispositif de protection contre les turbulences et la plate-forme Spartan 201.

Au cours de cette deuxième mission d'amarrage à la station Mir, Chris A. Hadfield devient le premier astronaute de l'Agence spatiale canadienne à manoeuvrer le Canadarm lorsqu'il utilise le télémanipulateur (bras 301) pour attacher l'énorme module russe d'amarrage de 5 tonnes au système d'amarrage de la navette Atlantis.

L'astronaute de la NASDA Koichi Wakata manoeuvre le Canadarm (bras 303) pour récupérer le Space Flyer japonais. Le Canadarm est également utilisé pour déployer et récupérer le OAST Flyer installé sur Spartan.

Marc Garneau entreprend son deuxième vol dans l'espace et devient le deuxième astronaute de l'Agence spatiale canadienne à manoeuvrer le Canadarm (bras 301) lorsqu'il l'utilise pour récupérer Spartan 207 qui transporte l'expérience sur l'antenne gonflable qui a été déployée auparavant par le spécialiste de mission Mario Runco.

Le Canadarm (bras 202) est utilisé pour déployer le dispositif de protection contre les turbulences et la plate-forme ORFEUS-SPAS II. En raison de problèmes pour ouvrir l'écoutille du sas de la navette Columbia, l'activité extravéhiculaire prévue n'a pas lieu.

Manoeuvré par le spécialiste de mission Steven Hawley, le Canadarm (bras 301) est utilisé pour les activités de récupération et de redéploiement lors de la deuxième mission de réparation du télescope spatial Hubble. Le Canadarm appuie également cinq sorties extravéhiculaires (EVA) réalisées par les astronautes Mark Lee et Steven Smith (EVA 1, EVA 3 et EVA 5) ainsi que les astronautes Gregory Harbaugh et Joseph Tanner (EVA 2 et EVA 4).

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour déployer et récupérer la plate-forme CRISTA/SPAS II qui transporte une charge utile permettant d'étudier la composition chimique de l'atmosphère moyenne de la Terre. Au cours de cette mission, Bjarni Tryggvason devient le sixième astronaute de l'Agence spatiale canadienne à aller dans l'espace. Tryggvason teste en orbite la deuxième génération du Support d'isolation contre les vibrations en microgravité (MIM), dont il est le coconcepteur.

Le Canadarm (bras 301) retire la plate-forme Spartan 201-04, mais en raison d'une mauvaise manoeuvre de l'opérateur du bras Kalpana Chawla, la plate-forme de culbutage doit être saisie manuellement par les astronautes Winston Scott et Takaoi Doi, représentant l'agence spatiale japonaise NASDA. Le Canadarm est ensuite utilisé pour appuyer l'activité extravéhiculaire EDFT-05, une expérience de manipulation des unités remplaçables sur orbite.

Durant ce dernier vol du programme d'amarrage de la navette et de Mir, toutes les fonctions du Canadarm (bras 201) subissent des tests complets afin d'effectuer les mises à niveau requises par le nouveau système électronique de contrôle relié à chacune des six articulations.

Durant cette mission marquant le retour de John H. Glenn dans l'espace, le Canadarm (bras 201), manoeuvré par le spécialiste de mission Scott Parazynski, est utilisé pour déployer la plate-forme Spartan 201-5. Deux jours plus tard, le spécialiste de mission Steve Robinson manoeuvre le télémanipulateur pour saisir le satellite scientifique et le placer dans la soute de la navette Discovery.

Manoeuvré par la spécialiste de mission Nancy Currie, le Canadarm (bras 202), aidé pour la première fois par le Système canadien de vision spatiale (SCVS), est utilisé pour amarrer le noeud de jonction Unity au premier élément de la Station spatiale internationale, soit le module russe Zarya. Le télémanipulateur appuie ensuite trois activités extravéhiculaires totalisant 21 heures et 22 minutes réalisées par les astronautes Jerry Ross et Jim Newman.

Durant ce vol logistique vers l'embryon de la Station spatiale internationale, le Canadarm est utilisé pour appuyer une activité extravéhiculaire d'une durée de 7 heures et 55 minutes. Pendant que la spécialiste de mission Ellen Ochoa manoeuvre le télémanipulateur (bras 303) pour déplacer l'astronaute Tammy Jernigan autour de la soute de la navette Discovery, Julie Payette, huitième astronaute de l'Agence spatiale canadienne en orbite et première à poser le pied à bord de la Station spatiale internationale, agit à titre de « chorégraphe » de la sortie extravéhiculaire depuis le poste de pilotage de Discovery. Plus tard, au cours de la mission, Payette manoeuvre le Canadarm afin d'inspecter les cibles du Système canadien de vision spatiale.

Le Canadarm (bras 301) est utilisé pour récupérer puis redéployer le télescope spatial Hubble durant la troisième mission de réparation du premier grand observatoire de la NASA. Toujours manoeuvré par le spécialiste de mission de l'ESA Jean-François Clervoy, le Canadarm appuie également trois sorties extravéhiculaires réalisées par les astronautes Steve Smith et John Grunsfeld et totalisant 24 heures et 33 minutes.

Le Canadarm (bras 202) est utilisé pour appuyer une activité extravéhiculaire de 6 heures et 30 minutes réalisée par les astronautes James S. Voss et Jeffrey N. Williams. Cette sortie spatiale a pour objectif de faire les derniers changements d'équipement avant l'arrivée du troisième élément de la Station spatiale internationale, le module de service russe Zvezda.

Le Canadarm (bras 202) est utilisé pour appuyer une sortie extravéhiculaire de 6 heures et 14 minutes réalisée par l'astronaute américain Edward Lu et le cosmonaute russe Yuri Malenchenko, qui ont la difficile tâche de monter des câbles et d'installer le mât pour le dispositif de navigation à l'extérieur de la Station spatiale internationale.

Manoeuvré par l'astronaute japonais Koichi Wakata, le Canadarm (bras 301) est utilisé pour installer la charpente Z1 (Zenith 1) et le port d'attache PMA-3 sur la Station. Manoeuvré ensuite par Wakata, le Canadarm est également utilisé pour appuyer quatre sorties extravéhiculaires (EVA) réalisées par Leroy Chiao et William McArthur (EVA 1 et EVA 3), ainsi que Jeff Wisoff et Michael Lopez-Alegria (EVA 2 et EVA 4).

Lors de sa troisième et dernière mission dans l'espace, l'astronaute de l'Agence spatiale canadienne Marc Garneau manoeuvre le Canadarm (bras 303) pour placer la poutre P6 comprenant les panneaux solaires à la suite de la poutre Zenith Z1. Plus tard, le pilote Michael J. Bloomfield utilise le Canadarm pour appuyer les astronautes Joe Tanner et Carlos Noriega durant trois sorties extravéhiculaires totalisant 19 heures et 20 minutes, tandis que Garneau agit à titre de responsable d'activité intravéhiculaire, une sorte de chorégraphe des sorties spatiales.

Manoeuvré par Marsha Ivins, le Canadarm (bras 202) est utilisé pour enlever le port d'attache PMA 2 afin de permettre l'installation du module laboratoire Destiny, le coeur de la Station spatiale internationale. Ivins utilise ensuite le Canadarm pour déplacer le port d'attache PMA 2, qui avait temporairement été placé sur le côté de la poutre externe de la Station, jusqu'à l'extrémité du module Destiny nouvellement installé. Le Canadarm appuie également les astronautes Bob Curbeam et Tom Jones durant trois activités extravéhiculaires totalisant 19 heures et 49 minutes. Curbeam et Jones amarrent Destiny au noeud de jonction Unity, aident à fixer le port d'attache PMA 2 à l'avant du module Destiny, installent une antenne de communication à l'extérieur de la Station puis inspectent les panneaux solaires.

Lors du tout premier changement d'équipage de la Station spatiale effectué en orbite (Discovery emmène les membres de l'équipage Expedition Two Yuri Ussachev, Susan Helms et Jim Voss, qui viennent à la Station pour remplacer les membres de l'équipage Expedition One Bill Shepherd, Yuri Gidzenko et Sergei Krikalev), le spécialiste de mission Ety Thomas utilise d'abord le Canadarm (bras 301) pour appuyer une activité extravéhiculaire de 8 heures et 56 minutes réalisée par Susan Helms et Jim Voss. Un jour plus tard, Thomas utilise le Canadarm pour sortir le module logistique Leonardo (fournit par l'agence spatiale italienne) de la soute de la navette et le fixer au module Unity de la Station. Le pilote James Kelly manoeuvre ensuite le Canadarm pour qu'il se déplace autour de Ety Thomas durant une seconde sortie extravéhiculaire d'une durée de 6 heures et 30 minutes à laquelle participe le spécialiste de mission Paul Richards.

Le dimanche 22 avril 2001 est un jour historique pour le Canada. À 7 h 45 (HAE), lors du quatrième jour de la mission, l'astronaute de l'Agence spatiale canadienne Chris Hadfield devient le premier astronaute canadien à réaliser une sortie spatiale lorsqu'il sort du sas de la navette Endeavour pour entreprendre, avec son coéquipier Scott Parazynski, la première des deux sorties extravéhiculaires (EVA) prévues.

Pendant que les deux astronautes enfilent leur combinaison spatiale, le pilote Jeff Ashby met en marche le Canadarm (bras 303) et l'utilise pour saisir la palette Spacelab dans lequel a été placé le Canadarm2, un bras robotique de 17 mètres de long nécessaire à l'assemblage et à l'entretien de la Station spatiale internationale, et le fixer temporairement au module Destiny.

Le samedi 28 avril 2001 (dixième jour de la mission) marque une grande étape de l'histoire du Canada dans l'espace. À 16 h 44, Chris Hadfield, à bord d'Endeavour, commande le télémanipulateur de la navette pour qu'il saisisse la palette Spacelab tenue par le Canadarm2, qui est lui-même manoeuvré depuis l'intérieur du module Destiny par Susan Helms, membre de l'équipage d'Expedition Two. Dix-huit minutes plus tard, la palette, qui a été utilisée comme berceau de lancement pour le Canadarm2, change de mains pendant cette poignée de main historique entre deux générations de bras robotiques canadiens. L'événement se déroule au dessus de la Colombie-Britannique.

Le Canadarm (bras 202), manoeuvré par la spécialiste de mission Janet Kaveti, est utilisé pour appuyer deux des trois sorties extravéhiculaires (EVA) réalisées par les astronautes Michael Gernhardt et James Reilly. Le dimanche 15 juillet, durant la première EVA d'une durée de 5 heures et 59 minutes, Gernhardt et Reilly aident l'opératrice du Canadarm2 Susan Helms à installer le sas Quest sur le noeud de jonction Unity. Il s'agit de la première mission opérationnelle du Télémanipulateur de la Station spatiale. Lors de la deuxième EVA, d'une durée de 6 heures et 29 minutes, Gernhardt et Reilly installent trois réservoirs de gaz à haute pression sur le sas Quest.

Durant ce second changement d'équipage de la Station spatiale internationale (Discovery emmène à la Station les membres de l'équipage Expedition Three Frank Culbertson, Vladimir Dezhurov et Mikhail Turin pour remplacer les membres d'Expedition Two Yuri Ussachev, Susan Helms et Jim Voss), le Canadarm (bras 301), d'abord manoeuvré par le spécialiste de mission Pat Forrester, est utilisé pour soulever le module logistique Leonardo et le fixer au noeud de jonction Unity.

Le commandant de Discovery Scott Horowitz utilise ensuite le Canadarm pour appuyer deux sortie extravéhiculaires (EVA) réalisées par les astronautes Dan Barry et Pat Forrester. La première EVA, une excursion d'une durée de 6 heures et 16 minutes, implique l'installation du réservoir d'ammoniac d'appoint et de la première expérience à l'extérieur – une expérience d'exposition de matériaux appelée MISSE – sur la coque de la Station. Durant la deuxième EVA, d'une durée de 5 heures et 29 minutes, Barry et Forrester tendent avec succès deux câbles chauffant de 14 mètres et installent une rampe des deux côtés du module Destiny. Deux jours après la deuxième sortie spatiale, Forrester utilise le Canadarm pour déplacer le module logistique Leonardo de la Station et le replace dans la soute de la navette Discovery.

Le Canadarm (bras 303) sera utilisé pour appuyer ce vol logistique qui constituera également la troisième mission d'échange de l'équipage de la Station spatiale internationale (les membres d'Expedition Four Yuri Onufrienko, Daniel Bursch et Carl Waltz remplaceront les membres d'Expedition Three Frank Culbertson, Vladimir Dezhurov et Mikhail Turin). Endeavour apportera le Module logistique polyvalent Raffaello à la Station. Le matériel de l'expérience EVARM (Extra-Vehicular Activity Radiation Monitor) de l'Agence spatiale canadienne fera également partie du vol STS-108.