Au début de 1784, Étienne Montgolfier, ayant récupéré le ballon du premier vol humain, reçoit des fonds du gouvernement pour le réparer et le modifier. Il se trouve chez Jean-Baptiste Réveillon devenu spécialiste des ballons. Étienne, depuis Annonay lui envoie les modifications : le ballon assez proche des montgolfières actuelles, fait 26 mètres de haut pour 5 000 m³ de volume. La partie haute du ballon est faite de peaux fines de mouton (1 540 peaux) pour augmenter la résistance. La partie basse est faite avec la récupération du ballon précédent.
Le ballon est testé en captif dans le courant du mois de mai par le marquis de Montalembert, membre de l'Académie des sciences.
Le ballon devait être emballé et envoyé à Annonay, pour qu'Étienne puisse faire des essais de direction. Mais le roi Gustave III de Suède venait à Paris et avait déjà assisté à un vol, à Lyon, celui de la première femme aéronaute, Élisabeth Thible. Afin de l'épater, une fête « aéronautique » fut décidée. Pilâtre était sur les rangs et après quelques projets plus ou moins réalisables, il fut décidé de réquisitionner le ballon d'Étienne.
Pilâtre choisit comme passager et aide le chimiste Louis Joseph Proust, qui avait donné des cours à son musée et qui était passionné d'aérostation. Le ballon étant conçu pour les hautes altitudes, des expériences étaient prévues.
Un essai captif fut réalisé où le ballon resta cinq heures en l'air. Le ballon fut donc expédié à Versailles.
Le 23 juin 1784, le ballon baptisé La Marie-Antoinette (du nom de la reine), s'éleva à nouveau devant le roi de France et celui de Suède, à Versailles, emmenant Pilâtre et Joseph Louis Proust. Ils montent régulièrement, se dirigeant vers le nord. Ils vont atteindre l'altitude estimée de 3 000 mètres après avoir traversé les couches nuageuses. Hors de la vue du sol, dans le froid et les turbulences ils décident de redescendre. Après 45 minutes de vol, ils ont parcouru 52 km et se posent après avoir dépassé Luzarches, entre Coye et Orry-la-Ville avant la forêt de Chantilly. Comme souvent sur ces premières montgolfières une fois posées, le foyer n'est plus assez actif pour fournir suffisamment d'air chaud mais assez pour brûler une partie du ballon. Ils durent déchirer la base de la montgolfière et la foule des badauds acheva de détériorer le reste.
Trois records du monde sont battus : distance, vitesse, altitude.
Étienne Montgolfier désira plus tard récupérer le ballon, mais il n'était vraiment pas récupérable et le gouvernement n'accepta plus de donner d'argent pour sa réparation.