1903. december 17-én reggel Észak-Karolina szeles tengerpartján, Kitty Hawknál Orville Wright fekvő helyzetben foglalt helyet a Flyer szárnyán, majd életre keltette az általuk tervezett és épített benzinmotort. A gép alig húsz láb, vagyis nagyjából hat méter magasan emelkedett a föld fölé, és 12 másodperc alatt körülbelül 36 métert tett meg. Ez volt az első alkalom, hogy egy ember irányított, motoros, a levegőnél nehezebb repülőeszközzel tartósan a levegőben maradt. A történelmi pillanatot John T. Daniels, a közeli mentőállomás munkatársa örökítette meg azon a fényképen, amely ma a repüléstörténet egyik legismertebb dokumentuma.

A világ első motoros, irányított, ember által vezetett repülése a Kitty Hawk-i homokdűnék felett valósult meg. Az akkori Wright Flyer I repülőgépük fa- és vászonszerkezetű volt, és 12 lóerős motor hajtotta. Bár a technikai áttörés 1903-ban történt, a szabadalom kiadása három évbe telt, mivel a szabadalmi hivatal kezdetben szkeptikus volt a benyújtott találmány működőképességével kapcsolatban. 

A nap folyamán még három felszállás következett, felváltva Orville és Wilbur irányításával. A csúcspontot a negyedik repülés jelentette, amikor Wilbur Wright 59 másodpercig maradt a levegőben, és 852 lábnyi, azaz közel 260 méteres távolságot tett meg. Ez a repülés már viszonylag egyenletes pályán zajlott, és egyértelműen bizonyította, hogy a Flyer nem csupán felszállni képes, hanem irányítható is. A siker különösen annak fényében volt jelentős, hogy a korabeli sajtó szinte teljesen figyelmen kívül hagyta az eseményt: bár a fivérek előre értesítettek több újságot, végül csak egy helyi lap tett említést róla.

A Wright fivérek nem a semmiből jutottak el idáig. Kísérleteiket már 1896-ban megkezdték Daytonban, Ohio államban működő kerékpárüzletük hátsó részében. A repülés elméleti alapjaihoz nagyban hozzájárult Otto Lilienthal német mérnök munkássága, akinek siklórepülései és halálos balesete is mély hatást gyakorolt rájuk. Kitty Hawkot tudatosan választották tesztterületként, mivel az állandó, erős szél ideális felhajtóerőt biztosított, a ritkán lakott terület pedig csökkentette a kockázatokat. 1902-ben itt hajtottak végre több mint 700 sikeres siklórepülést, amelyek során tökéletesítették a szárnycsavarásos oldalirányú vezérlést, azaz a laterális irányítást.

A következő nagy kihívást a meghajtás jelentette. A korszak egyetlen autógyártója sem tudott olyan motort szállítani, amely elég könnyű és mégis kellően erős lett volna. Ezért a fivérek saját motort terveztek és építettek, Charlie Taylor műhelyvezető közreműködésével. A négyhengeres, vízhűtéses benzinmotor mindössze körülbelül 12 lóerőt teljesített, mégis elegendőnek bizonyult a történelmi felszálláshoz. A légcsavarokat is maguk tervezték, felismerve, hogy azok valójában forgó szárnyként működnek, nem pedig egyszerű hajócsavarként.

Orville Wright naplója részletesen beszámol a repülés technikai nehézségeiről is. Leírása szerint az elülső kormányfelület, azaz az emelőlap irányítása kezdetben nehézkes volt, mert túl közel esett az egyensúlyi ponthoz, ami hirtelen emelkedéseket és süllyedéseket okozott. Mindezek ellenére a gép minden alkalommal sikeresen elhagyta az indítósínt, és a vezérlés hatékonysága még a korábbi siklórepülőkhöz képest is jelentősen javult. Ez a háromtengelyes vezérlési elv ma is a modern repülőgépek alapja. A nap végén egy erős széllökés ugyan súlyosan megrongálta a Flyert, de addigra a történelem már megváltozott.

Orville naplójában így ír a december 17-i repülésről:

"A szél 20-25 mérföld/óra sebességgel fújt észak felől. Miután a gépet elindítottuk és működésbe hoztuk, Orville 10:35-kor indította az első próbát. Az első repülés körülbelül 12 másodpercig tartott, és kb. 100 láb távolságot tett meg."

A második és harmadik repülések hasonlóak voltak, de a harmadik már jobb irányítást biztosított a gép számára, míg a negyedik repülés a legjobb volt, amelyet Wilbur hajtott végre. A negyedik repülés sikeresebben zajlott, 59 másodpercig és 852 láb távolságot megtéve, a repülőgép egy kisebb domb fölött. A repülés közben egy szélbefújás következtében a gép megsérült, de a gép mégis túlélte az eseményt, és a testvérek visszavitték a bázisra.

A Wright fivérek eredményei alapozták meg a modern repülőgép-tervezést, az aerodinamikai kutatásokat és végső soron a polgári és katonai repülést is. Munkásságuk hatása ma is tetten érhető, a Wright Brothers National Memorial pedig Kitty Hawk közelében állít emléket annak a tizenkét másodpercnek, amely új korszakot nyitott az emberiség történetében.