Die 3. Phase ist der eigentliche Parabelflug. Der Pilot drückt den Steuerknüppel leicht nach vorne, so dass die Maschine einer Wurfparabel folgt. Die Passagiere im Innern befinden sich nun in weitestgehender Schwerelosigkeit (Mikrogravitation). Dabei steigt die Maschine zunächst weiter mit abnehmender Vertikalgeschwindigkeit und abnehmendem Winkel, bis sie die Maximalhöhe, abhängig vom Flugzeugtyp, etwa 7000 bis 8500 m (23.000–28.000 ft), erreicht. Danach sinkt die Maschine wieder mit zunehmender Vertikalgeschwindigkeit. Die Vertikalbewegung in Zusammenhang mit der Fluggeschwindigkeit ist in der gesamten 3. Phase so wie ein freier Fall. Die Dauer der Schwerelosigkeit beträgt im Durchschnitt rund 22 Sekunden, dies entspricht einer vertikalen Anfangs- bzw. Endgeschwindigkeit von etwa 108 m/s oder 390 km/h und einem Höhenunterschied jeweils von knapp 600 m.