Start misji Polaris Dawn był zaplanowany na 27 sierpnia 2024 roku na godzinę 3:38 czasu wschodniego. Pierwsza próba startu została odwołana z powodu wycieku helu. Druga próba startu, która została przeprowadzona w dniu 28 sierpnia została ostatecznie przerwana z powodu prognozowanych złych warunków meteorologicznych w miejscu odzyskiwania kapsuły pięć dni po starcie. 8 września 2024 roku SpaceX poinformowało, że planuje wystrzelić misję Polaris Dawn nie wcześniej niż 10 września. Ostatecznie misja Polaris Dawn z powodzeniem wystartowała 10 września 2024 roku o godzinie 09:23 czasu UTC.
W ciągu godziny po starcie załoga rozpoczęła protokół wstępnego oddychania, aby móc zredukować ilość azotu w swoich ciałach i zminimalizować ryzyko choroby dekompresyjnej podczas planowanego spaceru kosmicznego w trzecim dniu misji. W ciągu trzech dni ciśnienie w kabinie stopniowo spadło z 100 do 59 kPa, podczas gdy poziom czystego tlenu wzrastał. Podczas pierwszej godziny w przestrzeni kosmicznej załoga przeprowadziła dokładną kontrole kapsuły Crew Dragon pod kątem wszelkich uszkodzeń, które mogłyby być związane ze startem. Następnie uruchomiono silniki Draco, które wyniosły statek na wysokość 1400 kilometrów od Ziemi.