15 marca 2012 Baumgartner wykonał pierwszy z dwóch skoków próbnych w ramach przedsięwzięcia Red Bull Stratos, z wysokości 21 818 m. Spadał swobodnie około 3 minuty i 43 sekundy, osiągając prędkość ponad 580 km/h przed otworzeniem spadochronu. Cały skok trwał około 8 minut i 8 sekund. Baumgartner jest trzecim skoczkiem, który bezpiecznie wylądował ze spadochronem skacząc z wysokości ponad 21,7 km. 25 lipca 2012 wykonał drugi z planowanych skoków próbnych, z wysokości 29 460 m. Osiągnięcie wysokości docelowej zajęło około 90 minut, a czas spadania swobodnego oszacowano na 3 minuty 48 sekund. Baumgartner wylądował bezpiecznie w pobliżu Roswell w stanie Nowy Meksyk. Maksymalną prędkość oszacowano na 863 km/h. 9 października 2012 miał skoczyć z około 36 tysięcy metrów i przekroczyć prędkość dźwięku podczas spadku swobodnego. Próba została jednak wstrzymana z uwagi na warunki atmosferyczne. Kolejna próba, tym razem udana, miała miejsce 14 października 2012. Baumgartner wykonał skok z wysokości około 39 km – spadał swobodnie przez 4 minuty i 22 sekundy, pokonując prędkość dźwięku i wylądował bezpiecznie ze spadochronem po 9 minutach i 3 sekundach, na pustyni w Nowym Meksyku w pobliżu Roswell. Austriakowi nieoficjalnie udało się pobić cztery rekordy – najwyższy lot załogowy balonem i najwyższy skok spadochronowy wynoszący 38 969,4 m (poprzedni rekord Victora Prathera i Malcoma Rossa to 34 668 m z 1961 roku), najdłuższy dystans pokonany w spadku swobodnym (36 402,6 m) oraz największa prędkość swobodnego lotu 1357,6 km/h (Mach 1,25). Rekordy zostały oficjalnie zatwierdzone 22 lutego 2013 roku przez Międzynarodową Federację Lotniczą (FAI). Wszystkie z nich znalazły się w klasie G - „Spadochrony”, podklasie G-2 - „Poza zawodami” oraz w kategorii ogólnej. Kategoria maksymalna pionowa prędkość spadku swobodnego została wprowadzona przez FAI po raz pierwszy, by oddać przełomowy charakter projektu Red Bull Stratos. Poprzednie nieoficjalne rekordy ustanowił w 1960 roku Joseph Kittinger. Przy okazji padł inny rekord – skok Baumgartnera obejrzało na żywo w serwisie YouTube ponad 8 milionów internautów (poprzedni rekord należał do relacji z Igrzysk Olimpijskich w Londynie, kiedy zmagania sportowców przed komputerami na żywo śledziło równocześnie pół miliona ludzi). W czasie lotu balonem Baumgartner informował ekipę naziemną (w jej skład wchodził Joseph Kittinger, będący jego bezpośrednim rozmówcą, a także mentorem w czasie całego przedsięwzięcia), że „jest mu za zimno”, natomiast w czasie spadania, że „zaparował mu hełm”. Nie udało mu się poprawić rekordu Kittingera w długości swobodnego spadania z 1960 roku, wynoszącego 4 minuty i 36 sekund. Pomóż mi pobić jego rekord.