Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf Cape Canaveral (KSC); ISS 13A.1 SH-LSM ITS-S5. In der Woche zuvor war der Starttermin um 24 Stunden verschoben worden, damit die Arbeiten an einem defekten Ventil, das für den Druckausgleich in der Crew-Kabine benötigt wurde, ohne Zeitdruck fortgesetzt werden konnte.

Ankopplung an die Raumstation ISS am 10.08.2007 und gemeinsame Arbeit mit der ISS Expedition 15.

Erste EVA von Mastracchio und Williams am 11.08.2007 (6h 17m) zur Entfernung von Start-Sicherungsbolzen des S5-Segmentes und anschließende Befestigung am vorgesehenen Platz; gleichzeitig wurden auch die Anschlüsse hergestellt. Außerdem wurde der P6 Radiator eingefahren und zum Fuß des S5 Segmentes verlegt, damit die Sonnensegel zur Sonne ausgerichtet werden können. Während der Mission STS-120 soll der Radiator dann an seinen endgültigen Standort installiert werden. Während der EVA stürzte ein Computer des Destiny-Labors ab, allerdings funktionierten die beiden anderen weiterhin.

Nach dieser EVA wurde beschlossen, die Missionsdauer um 3 Tage zu verlängern. Der Grund war, dass das erstmals genutzte SSPTS einwandfrei funktionierte. Dieses Station-to-Shuttle Power Transfer System erlaubt es, dass der Orbiter seine Energie während des Andockens von der ISS bezieht und somit seine eigenen Energiereserven sparen kann. Ein negativer Punkt dieser Mission war allerdings, dass sich während des Starts wieder Schaumstoff vom Haupttank gelöst und das Hitzeschutzschild des Orbiters beschädigt hatte. Dabei wurde eine Hitzekachel schwerer geschädigt. Das entstandene Loch war zwar nicht groß, aber tief. Bei den anderen Kacheln waren es dagegen nur oberflächliche Beschädigungen. Ein weiterer kleiner Schaden wurde später noch am Fenster des Orbiters festgestellt.

Zweite EVA von Mastracchio und Williams am 13.08.2007 (6h 28m) zur Umsetzung eines defekten Gyroscops (CMG-3) zu einer Plattform mit Namen External Stowage Platform-2 (ESP-2) außerhalb der Station auf der Ersatzteile gelagert werden, eine neue Plattform, ESP-3, wurde an der Raumstation angebracht (in der ESP-3 ist ein neues Gyroscop, dass von den Weltraumspaziergängern zum Ersatz des defekten benutzt wurde), Abtrennung von ESP-3-Stromkabeln zur Vorbereitung der Umsetzung an eine andere Stelle der ISS.

Zwischenzeitlich hielt Barbara Morgan ihre erste von drei geplanten Unterrichtsstunden im All ab, unterstützt von ihren Kollegen. Zwanzig Schüler aus Boise in Idaho, hatten die Möglichkeit, ihr und ihren Kollegen verschiedene Fragen zu stellen.

Dritte EVA von Mastracchio und dem Crewmitglied der ISS Expedition 15 Anderson am 15.08.2007 (5h 28m) zur Durchführung von Vorbereitungsarbeiten für die Umsetzung des P6-Trägersegments während der Mission STS-120, Umsetzung von zwei Werkzeug-Karren von der rechten zur linken Seite der Raumstation und Verlegung einer Antenne sowie Erweiterung von Avionik- und Kommunikationssystemen. Diese EVA musste allerdings aus Sicherheitsgründen abgebrochen werden, weil der linke Handschuh von Mastracchio einen Schaden aufwies. Die Vorschriften der NASA sehen vor, dass dann der Außenbordeinsatz abgebrochen werden muss. Gefahr für Mastracchio soll aber nicht bestanden haben.

Zwischenzeitlich entschied die Bodenstation, dass eine Reparatur des beschädigten Hitzeschutzkachels nicht erforderlich sei.

Vierte und letzte EVA von Williams und dem Crewmitglied der ISS Expedition 15 Anderson am 18.08.2007 (5h 02m) zur Installation von Ausrüstung am S1-Träger, um während der Mission STS-123 bessere Inspektionsarbeiten durchführen zu können und zur Installation eines Systems zur Verbesserung der drahtlosen Videoübertragung bei künftigen Missionen.

Da die Gefahr bestand, dass der Hurrikan Dean auch das Kontrollzentrum in Houston treffen könne, entschied man, die Missionsdauer um einen Tag zu verkürzen.