Lancée depuis Baïkonour le 5 août 1973 à 17H46 par une fusée Proton qui place la sonde sur une orbite 155/193 Km inclinée à 51,53° et décrite en 87,91 mn. Le compartiment d'atterrissage est largué le 12 mars 1974 à 5H01M56S à 400 000 Km de Mars Suivant le scénario de Mars 3, il s'oriente, puis un moteur à poudre le place sur une trajectoire de collision. L'atmosphère est obordée à 9H05M53S, sous un angle de -11,7° à +/- 1,5°, à la vitesse de 5,7 Km/s. Après un freinage aérodynamique durant lequel la décélération maximale est 9,8 g la vitesse de descente est réduite à 600 m/s. A 9H08M32S le parachute principal s'ouvre en deux temps offrant d'abord 40% de sa surface maximale et, après 12 s, la totalité, 90 m², 2 s plus tard, le bouclier est largué. La descente va durer 151,6s, pendant ce temps la la sonde va émettre durant 149,2 s sur les deux canaux radio. La transmission s'arrete peu avant de toucher le sol. Lors de la descente la sonde à pu transmettre les données recueillies par un manomètre placé sur la partie frontale de la sonde at a mesuré 6,1 mb juste avant l'arret des émissions. La sonde comportait un thermomètre à résistance et un capteur de surchage. La sonde aurait dû, après l'atterrissage, transmettre les résultats d'un spectromètre de masse ayant décompté toutes les 2 seconde les masses moléculaires entre 12 et 48. Le vide avait été préalablement fait grâce à une pompe à magnéto-ionisation qui à continé de fonctionner pendant la descente. Le sol martien à été touché par 23,9 °S et 19,5 °W, alors que le point cible était situé par 24 °S et 25 °W. Le programme prévoyait la transmission de panoramas, une étude physique et chimique de la régolithe ainsi que des expériences qui auraient pu fournir certaines indications sur l'évolution de la matière organique à la surface de Mars. Après être passé à 1600 Km de Mars, l'orbiteur a été utilisé pour relayer les brèves émissions de l'atterisseur, Mars 5 étant tombé en panne, et a continué sa route en orbite solaire.
Mars 6, lancée le 5 août 1973, mission russe, réussie.