ОКС «Салют-3» массой 18,5 т была выведена на орбиту ракетой-носителем «Протон» 25 июня 1974 г. Перигей орбиты составлял 213 км, апогей — 253 км, наклонение 51,6°. Станция закончила свою работу 25 января 1975 г., пробыв на орбите 213 суток (90 дней) и обеспечив пилотируемый полёт 13 суток.

1-й экипаж (командир, полковник Павел Попович и бортинженер, подполковник Юрий Артюхин) на станцию доставил КК «Союз-14» 4 июля 1974 г. Они успешно провели стыковку и перешли на борт станции. Стало очевидным, что теперь Советский Союз имеет орбитальную космическую станцию более совершенной конструкции. В ней более рационально были использованы внутренние помещения, усовершенствованы ряд систем и аппаратура для выполнения запланированных научно-технических исследований и экспериментов.

Характерными особенностями данной станции являлись более точная система ориентации и использование солнечных батарей, панели которых, поворачиваясь относительно ее корпуса, могли устанавливаться под оптимальным углом к Солнцу. Благодаря этому обеспечивалось получение максимальной электроэнергии без нарушения заданной ориентации станции в пространстве.

Отмечалось также усовершенствование порядка проведения космонавтами физических упражнений. Часть бытового помещения занимал комплексный тренажер, состоявший из бегущей дорожки типа движущейся ленты транспортера и специальных нагрузочных костюмов с вшитыми в них эластичными резиновыми шнурами,cоздававшими во время бега нагрузку на все тело и на отдельные группы мышц. В жилых помещениях станции имелся богатый выбор питательной пищи и напитков, которые можно было подогревать на электрической плите. Здесь также находились радиоаппаратура, печатающий на ленту телеграфный аппарат и небольшая библиотека.

Для изучения распределения аэрозольных частиц в земной атмосфере использовался спектрограф; продолжались эксперименты по выращиванию культур бактерий и опробование установки для регенерации воды из атмосферы станции. Космонавты провели также тщательную отработку всех новых технических систем, которые найдут применение на будущих орбитальных станциях и космических кораблях. Выключив ряд бортовых систем и оставив станцию для продолжения полета в автоматическом режиме, 19 июля после завершения программы полета экипаж вернулся на Землю. Основная программа работ на борту орбитальной научной станции «Салют-3» была завершена 26 сентября.

2-й экипаж (командир, подполковник Геннадий Сарафанов и бортинженер, полковник-инженер Лев Дёмин) стартовал на КК «Союз-15», должен был пристыковаться 27 августа 1974 г., но из-за неисправности в системе сближения и стыковки «Игла» стыковка была отменена, и экипаж приземлился. 23 сентября возвращаемая капсула доставила на Землю фотоплёнки и другие материалы, а ОПС по команде ЦУПа была спущена с орбиты 24 января 1975 г.