Start von Cape Canaveral (KSC); HST-SM-04; Landung auf der Edwards AFB.

Einfangen des Hubble Teleskops und erste EVA durch Grunsfeld und Feustel am 14.05.2009 (7h 20m) zum Austausch einer Wide Field Camera. Daneben wurden die ersten 3 Akkus ausgetauscht. Außerdem wurde eine Halterung angebaut, mit der ein Raumschiff das Teleskop später greifen kann, um es dann am Ende seiner Nutzungsdauer aus dem Orbit zu entfernen.

Zweite EVA durch Massimino und Good am 15.05.2009 (7h 56m) zum Austausch von 6 Gyroskopen (untergebracht in 3 Boxen) und weiterer 3 Akkus.

Dritte EVA durch Grunsfeld und Feustel am 16.05.2009 (6h 36m) zur Installation des Cosmic Origins Spectrograph. Weiterhin unternahmen sie Reparaturarbeiten an der Advanced Camera for Surveys, die nicht mehr genügend Energie hatte. Das hatte dazu geführt, dass zwei von drei Observationskanälen nicht mehr arbeiteten.

Vierte EVA durch Massimino und Good am 17.05.2009 (8h 02m) zur Reparatur und Erneuerung des Space Telescope Imaging Spectrograph, das bereits 2004 seine Arbeit eingestellt hatte. Auch hier gab es seinerzeit Probleme mit der Energie. Daneben wurde die abgängige Isolierung des Hubble-Teleskops teilweise durch eine Stahlhülle ersetzt.

Fünfte und letzte EVA durch Grunsfeld und Feustel am 18.05.2009 (7h 02m) zum Austausch eines Sensors, der für die exakte Ausrichtung des Teleskops notwendig ist und weiterer Austausch der Isolierung.

Wegen schlechten Wetters wurde die Landung um zwei Tage verschoben.