A küldetés 6 óra 42 percet vett igénybe. A két űrhajós felszerelt egy hűtőradiátort az ISS új napelemeire, felállított két antennát, és begyűjtötte a kozmikus sugárzás tanulmányozására kihelyezett mintákat, illetve újakat helyezett ki. Ez volt a harmadik, egyben az utolsó űrséta a küldetés során.

Tanner és Stefanyshyn-Piper kedden is kiment a kozmoszba, két másik társuk, Dan Burbank és Steve MacLean pedig szerdán jártak az űrben. Az Atlantis űrhajósai összesen 20 óra 19 percet töltöttek a nyílt világűrben. Az Atlantis hattagú legénysége azt a feladatot kapta, hogy felszereljen az űrállomásra egy összesen 72 méter hosszú és 12 méter széles, két szárnyból álló napelemet, amelynek révén megnő az ISS áramtermelő kapacitása.

Az új napelemet csak a következő űrmisszió fogja üzembe helyezni. Az első két kiszállás alkalmával az űrhajósok leszerelt csavarokat és más törmeléket vesztettek el, ami olyan aggodalmat váltott ki, hogy azok megsérthetik a napelemeket. Az amerikai űrkutatási hivatal (NASA) szakértői szerint azonban a csavarok eltávolodtak az űrállomástól, és nem jelentenek veszélyt.

A Columbia űrrepülőgép 2003-as katasztrófája óta ez volt az űrállomás első nagy kiegészítése. Az Atlantist a múlt szombaton bocsátották fel az űrbe. Az űrrepülőgép vasárnap hagyja el az ISS-t, és a jövő héten szerdán tér vissza a Földre.