A 48 éves Michael Fossum és az 51 éves Piers Sellers asztronauta valamivel több mint hét órán át tartózkodott a nyílt világűrben. A szerdai volt az utolsó űrsétájuk a Discovery visszatérése előtt. A két űrhajós egy infravörös kamerát tesztelt, amelynek segítségével felfedezhetők az űrrepülőgépen keletkezett, szabad szemmel nem látható sérülések. A kísérlet során Sellers most is annak a kanadai gyártmányú robotkarnak a végére kapaszkodott, amelyen a lehető legmesszebbre el lehet jutni az űrrepülőgép külső burkolatának a vizsgálatakor. Az ISS 30 méter hosszú daruformájú szerkezetét az űrállomás belsejéből ismét a csapat két nőtagja, Lisa Nowak és Stephanie Wilson irányította. Az űrhajósok különösen a Discovery orrkúpját és szárnyait vizsgálták át, hiszen ezeket a részeket éri a legmagasabb hőmérséklet a sűrű légkörbe való visszatéréskor.

A felvételek készítése után a két űrhajós a Discovery nyitott rakterében az amerikai űrkutatási hivatal, a NASA mérnökei által kísérleti céllal megrongált 12 karbonlemezt javította meg, a repedéseket egy különleges lágy masszával bevonva. A karbonlemezek a kerámialapokhoz hasonlóan a légkörbe való visszatéréskor óvják az űrrepülőgépet a túlhevüléstől.

A két űrhajós eddigi két űrszerelési munkája is eredményesen végződött. Az első alkalmával részben a Discovery külső hővédő burkán gyakoroltak olyan szerelési munkákat, amelyeket akkor kell alkalmazni, ha az űreszköz külső burkán olyan mértékű sérülést fedeznek fel, amely veszélyeztetheti a Discovery visszatérését. Az első , illetve a második űrsétán Fossum és Sellers megjavította a Nemzetközi Űrállomás (ISS) külső szállítóeszközét, az úgynevezett űrvonatot is, amely az ISS további kiépítéséhez nélkülözhetetlen. A Discovery a tervek szerint szombaton hagyja el az űrállomást és hétfőn tér vissza a Földre.