O Discovery pousou com sucesso na base Edwards, da Força Aérea, na Califórnia, às 09h12 de Brasília, exatamente o horário previsto. É a primeira missão bem-sucedida de um ônibus espacial desde o desastre do Columbia, em 2003. A nave aterrissou sob controle manual da comandante Eileen Collins e do piloto Jim Kelly. O pouso foi adiado três vezes. Inicialmente, ocorreria às 05h46 (horário de Brasília) de segunda-feira, e foi transferido para às 07h22 do mesmo dia. Como as nuvens sobre o Centro Espacial Kennedy continuaram dificultando a visibilidade da pista de aterrissagem, o evento foi adiado para esta terça-feira, às 06h07. Novamente, condições meteorológicas levaram a NASA a remarcar o pouso para às 07h43 e depois para às 09h12, desta vez com previsão de aterrissagem na costa oeste dos Estados Unidos.A apreensão foi um sentimento constante durante toda a missão, durou mais do que o previsto.
A data inicial de decolagem (13 de julho) foi adiada para 26 de julho devido à falha em um dos quatro sensores do tanque de combustível. Ainda no dia 12, o revestimento plástico de uma das janelas da nave se desprendeu. No dia 26, minutos após o lançamento, foi verificada a perda de parte do material de isolamento do tanque de combustível. Antes da reentrada na órbita da Terra, a tripulação revelou que pensou muito na tragédia do Columbia em 2003, quando o ônibus espacial se desintegrou na reentrada devido a uma falha nas placas de isolamento térmico, atingidas por pedaços da nave que se desprenderam na decolagem, situação similar à do Discovery. Os sete tripulantes do Columbia morreram. “Tenho pensado muito no Columbia e acho que esse tipo de pensamento deve continuar mesmo depois de chegarmos à Terra”, disse no último domingo a comandante Eileen Collins. Já o piloto James Kelly afirmou que estava tranqüilo. “Devemos agradecer à tripulação do Columbia. Seu sacrifício permitiu que ficássemos mais atentos e levássemos mais ferramentas a bordo para possíveis incidentes”.
Os tripulantes ficaram nove dias na Estação Espacial Internacional (ISS). Eles levaram suprimentos, recolheram lixo e fizeram reparos na ISS. Durante a missão, os astronautas tiveram de consertar um defeito no casco do ônibus em órbita, em feito inédito. Steve Robinson retirou uma espécie de malha que se desprendeu da nave, formando duas saliências, com as mãos. A deformação poderia causar problemas na reentrada, causando mais atrito e aumentando a temperatura do casco da nave. A agência espacial norte-americana suspendeu todos os vôos de ônibus espaciais até que seja resolvido o problema da espuma isolante do tanque externo de combustível.
