Гленн сочетал в себе самоотверженность и пыл летчика-испытателя. Многим он казался настоящим олицетворением героической ауры, окружавшей астронавтов проекта «Меркурий». Гленн знал о риске, связанном с запуском 20 февраля. В то время он не упоминал об этом преследовавшем его призраке, но спустя десятилетия признался в донимавших его сомнениях, которые он и другие испытывали относительно ракеты-ускорителя «Атлас». Это общее дурное предчувствие возникло в связи с инцидентом во время первого месяца их подготовки, когда вся команда астронавтов «Меркурия» прибыла на мыс для наблюдения за запуском ракеты «Атлас». В то время «Атлас» претерпел ряд модификаций, приспосабливающих его для использования в качестве ракеты-носителя будущих полетов по проекту «Меркурий». Этот процесс подгонки для пилотируемых полетов казался завершенным или почти завершенным.
Для запуска «Атласа» астронавтов поместили на операторскую площадку всего лишь в 365 м от стартового стола. Ясная и безоблачная ночь прекрасно подходила для наблюдения за запуском с этого идеального наблюдательного пункта. В момент зажигания яростная сила ракетных двигателей с могучим ревом вытолкнула «Атлас» в небо. Ослепительный свет от ракетной струи осветил огромную территорию стартовой площадки, и «Атлас» безукоризненно последовал по запланированной траектории вверх, в ночное небо. Затем на высоте около 11 км в точке максимального скоростного напора, или максимального аэродинамического давления, ракета внезапно взорвалась. Со слов Гленна, это выглядело, будто взорвалась атомная бомба. Попытка вселить уверенность в астронавтов и упрочить доверие к программе «Меркурий» провалилась. НАСА продолжало совершенствовать «Атлас», в итоге удалось добиться успеха и превратить ее в надежную ракету. Однако, как позже признался Гленн, воспоминания об этом злополучном ночном запуске засело в его памяти, когда в то февральское утро он вступил на борт корабля «Фрэндшип-7».
Гленн терпеливо переждал 2 часа 17 минут предстартовых задержек, но когда двигатели «Атласа» с ревом ожили, «Фрэндшип-7» медленно поднялся со стартового стола на мысе Канаверал в мощном облаке огня и дыма и всего лишь за 13 секунд достиг околозвуковой скорости. Через 2 минуты 14 секунд полета двигатели ускорителя отключились и были сброшены. По расписанию система аварийного спасения тоже была сброшена. Когда космический корабль слегка наклонился в плоскости тангажа, Гленн впервые увидел Землю с орбиты. Даже когда он следил за контрольными приборами и совершал необходимые проверки систем, он находил время, чтобы выглядывать в иллюминатор своей пилотской кабины и фотографировать с орбиты разворачивающиеся перед ним картины. Когда «Фрэндшип-7» приблизился к Атлантике, стали видны Канарские острова и далекие берега Африки. Небо над ним стало черным, его необъятный купол обрамлял далекий горизонт со своими постоянно меняющимися оттенками синего цвета. Когда он посмотрел вниз, то увидел плотные формирования облаков. В это время, находясь в невесомости, он двигался по орбите со скоростью около 28 000 км/ч на высоте 200 км над поверхностью планеты. Взлет и первые этапы полета прошли благополучно. Отделившаяся ракета «Атлас» теперь следовала позади корабля «Фрэндшип-7», хаотически кувыркаясь и медленно исчезая из поля зрения. Сообщение Гленна в Центр управления полетом, что вид «потрясающий» было слишком лаконичным и никоим образом не соответствовало волнующему событию полета вокруг Земли.
Первые три витка прошли большей частью спокойно. «Фрэндшип-7» пересек Африку над Нигерией, где НАСА установило одну из своих станций слежения, позволяющей осуществлять регулярную связь и точное управление орбитальной капсулой. После пересечения Африки Гленн полетел через Индийский океан по направлению к Австралии. Отсюда он смог увидеть свой первый закат Солнца. После прохода через ночную фазу последовал потрясающий восход. При такой скорости полета ночь длилась всего 45 минут. Каждые пять минут Гленн перенастраивал радиосвязь со все новыми лицами, ведущими переговоры со станций слежения, которые были расположены вдоль орбитальной траектории. Во время этого первого витка Гленн доложил об одном странном явлении — появлении «светлячков» или сверкающих световых пятен с внешней стороны капсулы. Это особенное и непредвиденное событие, повторившееся в дальнейшем во время полета Скотта Карпентера, озадачило Гленна. Позднее оно получило объяснение: это были ледяные кристаллы, образовавшиеся из жидкости, которая осталась на стенках капсулы.
Однако полет «Фрэндшип-7» вскоре столкнулся с рядом настоящих проблем: одна была незначительной, другая представляла угрозу для жизни. Уже до окончания первого витка Гленн заметил, что автоматическая система управления положением корабля неисправна и создает постоянный крен вправо. Чтобы исправить эту ситуацию, он перешел на ручное управление и вернул корабль на заданную траекторию. Вторая проблема заключалась в том, что представители НАСА, ведущие переговоры с астронавтом, не успели сообщить Гленну о тревожной телеметрии, согласно которой тепловая защита корабля «Фрэндшип-7» и сжатый посадочный амортизатор не установились в заданном положении. Если эти данные были точны, крайне важная тепловая защита удерживалась на месте только креплениями тормозных ракет. Повторные данные, поступавшие из центра управления НАСА относительно этой проблемы, были весьма неопределенными. Только со временем Гленн осознал всю сложность проблемы и позже выразил резкое недовольство тем, что от него это скрыли. Гленна, летчика-испытателя с большим стажем, возмутило такое нарушение установленного порядка. Он как-то заметил: если руководители полета из НАСА считают, что от пилота следует скрывать информацию, то пилот не должен находиться в кабине корабля.
Проблема с тепловой защитой заставила принять решение спустить капсулу с Гленном как можно скорее: уже после третьего витка. Чтобы уменьшить риск потери тепловой защиты при вхождении в плотные слои атмосферы (это было бы катастрофой — астронавт «Меркурия» был бы принесен в жертву), руководители полета из НАСА решили оставить тормозные ракеты на месте во время прохождения через верхние слои атмосферы, когда корпус корабля раскаляется. Тормозные ракеты необходимы для замедления корабля «Фрэндшип-7» при постепенном вхождении в атмосферу. В центре управления полетом рассуждали так: если топливо в ракетах торможения сгорит дочиста, не будет никаких проблем — ракеты торможения сгорят во время снижения. Этот маневр стал самой опасной частью полета. Гленн доложил, что видит куски креплений, летящих мимо его иллюминатора, когда догорала связка тормозных двигателей. Траектория спуска предполагала, что корабль пройдет по длинной глиссаде поперек континентальной части Соединенных Штатов и затем приводнится в Атлантике. Капсула опустилась приблизительно в 65 км от намеченной зоны посадки, в районе Бермудских островов.
Гленн был в полете около пяти часов. Орбитальный полет стал уникальным событием для первых астронавтов, и он пробудил новые перспективы на Земле. Во время своего скоростного орбитального путешествия Гленн наблюдал смену цветов тонкого слоя земной атмосферы — полоски света, которая отражала яркие, сверкающие оттенки синего и белого. Он отчетливо видел округленный край атмосферы, чрезвычайно важное зрелище, которого были лишены другие смертные. Гленн в невесомости полностью осознавал реальность существования этой жизненно необходимой атмосферы, окутывающей всю Землю, и ее очевидную хрупкость. Гленн отмечал, что «полоска чрезвычайно яркая на закате, но со временем нижний край становится ярко-оранжевым, затем красным, переходя в более темные цвета, и наконец, вся полоса становится синей и черной».
