Dabei wurde ein verbrauchter Stickstoffbehälter ausgetauscht eine Vorrichtung ersetzt wurde, der für die ordnungsgemäße Kühlmittelleitung vom Truss aus benötigt wird. Zu den weiteren Aufgaben gehörte das Entfernen der Schutzabdeckungen des japanischen Kibo-Moduls und Kontrolle des Anlegemechanismusses. Die endgültigen Arbeiten sollen dann während der Mission STS-127 im Jahre 2009 erledigt werden. Die Hauptnutzlast an Bord des Shuttles, MPLM Leonardo, beinhaltete auch Ersatzteile für das SARJ-Drehgelenk. Bei dieser EVA begann man jetzt, das Steuerbord-SARJ zu kontrollieren, vom Weltraumstaub säubern und zu schmieren und es wurde auch damit begonnen, die 11 von 12 Lagern in das Alpha-Solar Drehgelenk zu ersetzen. Nummer Zwölf wurde bereits während der Mission STS-124 im Juni 2008 ersetzt.

Fortsetzung der bisherigen Arbeiten (Wartung SARJ und Austausch der Drehgelenkslager).

Zunächst wurden mehrere Abdeckungen vom Backbord-SARJ entfernt. Kimbrough unternahm dann Wartungsarbeiten am diesem SARJ, während Bowen die während der ersten EVA abgenommenen Schutzabdeckungen am Kibo-Modul wieder anbrachte. Danach wurden noch 2 Antennen am Kibo-Modul angebracht, während Kimbrough eine neue Fernsehkamera am Truss anbrachte.

Installation einer Ku-Band Antenne für den Datentransfer von Orbit zur Erde am Truss der Raumstation, die als Reserve dienen soll. Danach installierten die beiden Astronauten eine neue Experimente-Plattform an Dextre. Schließlich bereiteten Reisman und Bowen den Wechsel von Batterien während des zweiten und dritten Weltraumspaziergangs vor. Diese Arbeiten konnten während der Mission STS-131 nicht mehr durchgeführt werden.

Austausch der ersten vier Batterien auf der Backbordseite des Truss, um elektrische Energie von den dortigen Solarflächen zu speichern. Die alten Batterien wurden auf einem Träger befestigt, um sie mit der Atlantis zur Erde zurückzubringen. Zusätzlich zu den geplanten Aufgaben lösten Bowen und Good ein klemmendes Kabel, das die volle Funktion der lasergestützten Abtastsystems und der Videokamera verhinderte. Diese Geräte sind am Orbiter Boom Sensor System befestigt.

Sie installierten ein Verlängerungskabel zwischen Unity und Tranquility um bei Bedarf eine zusätzliche Energiequelle zu haben. Beide transportierten danach die defekte Ammoniak Kühlpumpe, die im August 2010 noch zwischengelagert wurde, zur Quest Airlock. Drew und Bowen installierten dann eine kleine Hardware unterhalb der Kamera auf dem Truss. Die Kamera wurde durch dieses Teil leicht gekippt, um Platz zu schaffen für ein etwas größeres Ersatzteil, das bei einer zukünftigen Mission geliefert wird. Zudem wurde ein Steuerungssystem, das für das Steuern des Schienenkarrens längs des Trusses benötigt wird, ersetzt. Diese Steuerung war während Arbeiten am Solar Alpha Rotary Joint der Steuerbordseite, entfernt worden.

Die Astronauten beseitigten Isolationsmaterial von einer Plattform. Bowen wechselte einen Befestigungsbügel am Columbus Module. Danach installierte er eine Kameravorrichtung am Dextre Roboter und entfernte Isolationsmaterial von der elektronischen Plattform von Dextre. Drew installierte eine Lampe an den Cargo-Kart und reparierte ein Ventil auf dem Truss, indem Isolationsmaterial ausgebessert wurde. Danach entfernte er noch Isolationsmaterial von Tranquility. Die letzte Aufgabe stellte das "Befüllen" einer Spezialflasche dar. Das war eine japanische Unterrichts-Payload. Die Flasche soll später in einem Museum auf der Erde ausgestellt werden.