Nach einem Tag Verzögerung wegen technischer Probleme hob am 3. Dezember 2015 pünktlich um 5:04 Uhr MEZ die Vega-Trägerrakete mit der Testsonde LISA Pathfinder ab. Der Flug der vierstufigen Trägerrakete verlief ohne Probleme, und etwa 16 Minuten nach dem Abheben befand sich LISA Pathfinder auf einer ersten vorläufigen Erdumlaufbahn. Rund 85 Minuten später wurde der Raketenmotor der vierten Stufe erneut gezündet und brachte nach einer Brenndauer von anderthalb Minuten den Testsatelliten in eine hochelliptische Erdumlaufbahn. Um 6:49 Uhr MEZ wurde die vierte Stufe abgeworfen, und das Europäische Raumfahrtkontrollzentrum ESOC in Darmstadt übernahm die Kontrolle über LISA Pathfinder.

In den nächsten vier Tagen werden die dortigen Missionskontrolleure damit beschäftigt sein, den Satelliten zu überprüfen und auf seinen Weiterflug zum Lagrangepunkt L1 vorzubereiten. Dieser befindet sich gut anderthalb Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung Sonne. In den dann folgenden zwei Wochen wird LISA Pathfinder mit Hilfe ihres leistungsstarken Antriebsmoduls ihre Erdumlaufbahn mit Hilfe von fünf Schubmanövern immer mehr anheben. Schließlich verlässt sie mit dem sechsten Manöver die Erdumlaufbahn und tritt in eine Transferbahn zum L1 ein. Diesen wird LISA Pathfinder in etwa zehn Wochen, ungefähr Mitte Februar 2016 erreichen. Nach den Schubmanövern hat das Antriebsmodul ausgedient und wird von LISA Pathfinder abgetrennt. Erst dann kann mit der Aktivierung der wissenschaftlichen Nutzlast begonnen werden.