Uz zemes palikušais otrais rezerves eksemplārs tika sagatavots kosmiskajai misijai. Tas orbītā tika palaists 2010. gada 20. novembrī 01:25 UTC no Kodiakas salas ar nesējraķeti Minotaur IV pavadoņa FASTSAT sastāvā. 2010. gada 6. decembrī 06:31 UTC tika dota komanda atdalīt saules buru no FASTSAT, bet tomēr tas neatdalījās. Pavisam negaidīti 2011. gada 19. janvārī NanoSail-D tika izmests. Pēc taimera komandas saules bura atvērās 20. janvārī aptuveni 03:00 UTC. Pavadoņa baterija nebija uzlādējama un nebija paredzēta ilgai misijai, tā pamazām izlādējās. 21. janvārī 13:54 UTC tika uztverts pēdējais signāls no NanoSail-D.