Ares I-X a inauguré les installations modifiées pour le nouveau lanceur du complexe de lancement 39 situé au centre spatial Kennedy en Floride. Le Vehicle Assembly Building (VAB), dans lequel sont préparés habituellement les navettes spatiales, a été aménagé pour permettre l'assemblage des Ares I. L'une des deux aires de lancement, la 39B, a été également modifiée : 3 mats paratonnerre de 180 mètres, analogues à ceux utilisés sur les aires de lancement des fusées Atlas V et Delta IV du centre spatial de Cap Canaveral, ont été montés. Le mat paratonnerre unique existant et la grue attenante ont été supprimées. Enfin une des trois plateformes de lancement mobile (MLP) chargée d'amener le lanceur depuis le VAB jusqu'à l'aire de lancement a été adaptée.
La première fenêtre de lancement s'ouvre le 27 octobre 2009 à 13 h 00 CET. Après plusieurs reports liés à la météo, le décompte des 4 dernières minutes est lancé, mais il s'arrête seulement 2 minutes et 38 secondes avant l'allumage du moteur, car le contrôle au sol constate la présence d'un nuage chargé d'électricité statique qui aurait pu perturber les télécommunications. La fenêtre se ferme finalement à 17 h 00 CET.
La deuxième fenêtre de lancement s'ouvre le lendemain, le 28 octobre à 13 h 00 CET. Après plusieurs reports, le décollage a lieu le même jour à 11 h 30 locale (EDT) (16 h 30, CET) et se déroule comme prévu, avec la séparation du deuxième étage au bout de 116 secondes de vol.
Six minutes après le lancement, l'amerrissage dans l'Océan Atlantique est constaté par le Freedom Star, le navire de la NASA chargé de la récupération.
Le lanceur a suivi la trajectoire attendue et la séparation des deux étages s'est bien effectuée. Les flammes du lanceur tiré avec une inclinaison de départ de quelques degrés pour écarter sa trajectoire des installations au sol ont endommagé ces dernières de manière plus importante que prévue. Les parachutes destinés à freiner la descente du premier étage pour permettre sa récupération ne se sont pas déployés correctement (sur 3 parachutes, 1 seul s'est ouvert complètement et un deuxième à moitié) et le propulseur a heurté à grande vitesse la surface de l'océan occasionnant des dommages importants sur son enveloppe. L'origine de cet incident qui s'est déjà produit sur les propulseurs à poudre de la navette spatiale est en cours d'analyse.
Le premier étage, seul actif, ne permet d'effectuer qu'un vol suborbital. Il propulse durant 2 minutes le lanceur à une vitesse maximum de mach 4,7 en suivant pratiquement la trajectoire d'une fusée Ares réelle. Parvenu à une altitude d'environ 40 km, le premier étage se sépare du lanceur. Le deuxième étage continue à s'élever sur sa lancée jusqu'à une altitude de 46 km puis retombe avec la maquette d'Orion et la tour de sauvetage à une distance d'environ 231 km de son lieu de lancement. Le premier étage qui est redescendu au bout d'un parachute est récupéré pour examen (lorsque la fusée sera opérationnelle il sera révisé puis rechargé en propergol pour être réutilisé comme dans le cas de la navette spatiale).
Ares I-X est un des trois vols qui doit permettre de qualifier le lanceur Ares I. Le deuxième vol Ares I-Y est planifié pour 2014. Ce sera le premier vol qui comportera un premier et deuxième étage opérationnels et une avionique pratiquement dans son état final. Le vol de test suivant, Orion 1 emportera une capsule Orion opérationnelle mais sans équipage. Le premier vol avec équipage doit desservir la station spatiale internationale en 2015.