Sunita Williamset, aki hat hónapja tartózkodik az ISS-n, a repülőmérnök Clayton Anderson váltja fel.
 
Az űrsikló, amely pénteken indult a floridai Cape Canaveralból, hét amerikai űrhajóssal - ezúttal valamennyien férfiak - és 100 milliárd dollár értékű berendezéssel a fedélzetén, közép-európai idő szerint 21 óra 38 percekor kapcsolódott az ISS-hez 354 kilométernyire a Csendes-óceán nyugati térsége fölött.
 
Az összekapcsolódás után egy órára volt szükség annak ellenőrzésére, hogy az űrsiklót és az űrállomást összekötő zsilipek hermetikusan zárnak-e, ezután léphettek az űrhajósok az ISS-be.
 
A kétnapos utazás alatt a legénység robotkar segítségével vizsgálta a hőszigetelő habrétegen keletkezett rést, amelyről a szakemberek megállapították, hogy nem jelent veszélyt a légkörbe való visszatéréskor.
 
Két órával az összekapcsolódás előtt az ISS-en tartózkodó űrhajósok üdvözlésképpen kivilágították az űrállomást.
 
Röviddel összekapcsolódás előtt az Atlantis másodpercenként 3 centiméteres sebességgel közeledett az űrállomáshoz Rick Sturckow parancsnok irányításával. Az űrrepülőgép az ISS tengelyére merőlegesen közeledve megfordult, hogy a nyolc perces manőver alatt az űrállomás lakói mintegy 300 felvételt készíthessenek a hasáról, a hővédő pajzs esetleges sérüléseinek megállapítására.
 
A Columbia űrrepülőgép 2003-as szerencsétlenségét az okozta, hogy egy indításkor levált szigetelőfoszlány az űrsikló szárnyának ütközve megrongálta a hővédő pajzsot, és a gép a légkörbe való visszatéréskor túlhevült, felrobbant, mind a hét asztronauta halálát okozva.
 
Az Atlantis 11 napig tartózkodik a világűrben, ebből nyolcat tölt a Nemzetközi Űrállomáshoz csatlakozva. A küldetés alatt az amerikai űrhajósok folytatják az űrállomás szerkezetének további építését: egy több mint 16 tonnás szelvényt, valamint napelemeket és antennákat illesztenek az űrállomáshoz. A munkálatok elvégzéséhez háromszor kell űrsétát tenniük. Az űrsikló küldetését két nappal meghosszabbítják, ha előre nem látott feladatok miatt erre szükség lesz.