Основната цел на мисията е доставка на научно оборудване с помощта на Многофункционалния товарен модул (МТМ) „Леонардо“. Доставени са повече от 700 кг полезен товар за жезненото обезпечаване на екипажа на МКС, около 2800 кг резервни части и оборудване и около 2700 кг консумативи.
Първоначално стартът на мисията е насрочен за 18 август, но е отложен няколко пъти по различни причини и е успешно осъществен на 29 август. На 31 август тя успешно се скачва с МКС. На следващия ден е „изваден“ от товарния отсек на совалката МТМ „Леонардо“ с помощта на дистанционния манипулатор и скачен със скачващия възел на модула Хармъни. На 1 септември астронавтите Джон Оливас и Никол Стот провеждат първото излизане в открития космос, по време на което подготвят за подмяна един от амонячните резервоари на климатичната система на станцията, разположен на ферма Р1. Освен това са свалени и прибрани два контейнера образци, експонирани през 2007 г. от външната страна на модула Кълъмбъс. Следващият ден протича в разтоварване на доставеното оборудване и материали с помощта на „Леонардо“, както и товарене на ненужни и отработени материали за Земята. На 3 септември е второто излизане в открития космос, по време на което става замяната на резервоарите. Теглото на новия е около 820 кг, което представлява най-тежкият предмет дотогава, местен от астронавти по време на излизане в открития космос. Участници са Джон Оливас и Арне Фулесанг. Фулесанг е първият неамериканец и неруснак, участвал в четири и повече „космически разходки“. Третото излизане се осъществява със същите астронавти. По време на излизането се доразкрива външната складова платформа, неуспешно разкрита по време на мисия STS-127 през юли 2007 г., подменят излязъл от строя датчик за контрол на скоростта, подменят модул за управление на енергоснябдяването на станцията, монтират две GPS-антени и прокарват няколко силови кабела от Фермовата конструкция на МКС до модула Транквилити. На следващия ден е завършено и натоварването на модула „Леонардо“ с материали за Земята с маса около 1 тон. На 7 септември модулът „Леонардо“ е откачен и прибран в товарния отсек на совалката с помощта на манипулатора на станцията. Освен модула в отсека се намират и около 900 кг оборудване, свалено от външната повърхност на станцията по време на излизанията на астронавтите. В кабината на совалката се намират още около 390 кг товари за Земята. На дванадесетия ден от полета совалката и станцията се разделят и се прави заключителна инспекция на топлозащитното покритие на совалката. На 9 септември започва подготовката за приземяването – опаковане и подреждане на полезния товар, проверка на всички системи на совалката. Следващият ден протича изцяло в готовност за приземяване, но поради лошото време над щата Флорида то е отложено няколко пъти. В крайна сметка е взето решение совалката да се приземи в Базата „Едуардс“.
На 12 септември совалката каца успешно след почти двуседмичната си мисия в космоса в Базата „Едуардс“, щат Калифорния.
Това всъщност е последното приземяване на совалка в базата „Едуардс“. Всички останали 7 мисии до края на програмата приключват в Космическия център „Кенеди“.
По препоръка на комисията, разследваща катастрофата на совалката „Колумбия“ в случай на повреда на совалката Дискавъри и невъзможност за безопасно завръщане на екипажа на Земята се предвиждало той да остане на борда на МКС и да дочака спасителен полет STS-329 на совалката Атлантис.
Параметри на мисията
Маса на цялата система: 2 051 531 кг
Маса на совалката:
при старта: 121 422 кг
при приземяването: 102 449 кг
Маса на полезния товар: 16 973 кг
Перигей: ? км
Апогей: ? км
Инклинация: 51,6°
Орбитален период: 91.6 мин
Скачване с „МКС“
Скачване: 31 август 2009, 00:54 UTC
Разделяне: 8 септември 2009, 19:26 UTC
Време в скачено състояние: 8 денонощия, 18 часа, 32 минути.
