Zuerst wurden Isolierdecken vom Kibo-Modul entfernt und das Kibo-Logistikmodul auf das Entladen am nächsten Tag vorbereitet. Der Frachtträger (ICC-VLD) mit den sechs Ersatzbatterien war von Doug Hurley und Julie Payette mit Hilfe des Stationsroboterarms zum Arbeitsplatz am Solarkraftwerk P6 gebracht worden. Statt der geplanten vier Batterien konnten aber nur zwei Batterien ausgetauscht werden. Diese EVA wurde von den NASA-Managern gekürzt, nachdem festgestellt wurde, dass in Cassidys Raumanzug die CO²-Werte anstiegen, weil sie aufgrund eines Fehlers nicht mehr abgebaut werden konnten. Dies geschah allerdings als reine Vorsichtsmaßnahme.

Austausch der vier noch fehlenden Batterien.

Entfernen von Wärmematten vom Dextre Robotic Arm und Neuverlegung von Kabeln an einem Sonnenzellenausleger. Außerdem wurden zwei weitere Payload Attachment Systems entfaltet. Anschließend montierten die beiden vorne und hinten an Kib?s Außenplattform (EF) Videoausrüstung, die u. a. auch die Ankopplung des japanischen HTV-Raumfrachters ermöglicht. Eine der Videokameras hätte eigentlich schon während der vierten EVA angebracht werden sollen, aber das hatte man dann kurzfristig umgeplant. Da das weiterhin geplante Ausbringen des Nutzlastbefestigungssystems (PAS) am Stationsausleger S3 zu lange gedauert hätte (war schon bei der EVA 1 geplant), wurden die beiden angewiesen noch andere Aufgaben zu erledigen, die für spätere Außeneinsätze geplant waren. Dazu gehörten das Befestigen von Kabeln und das Anbringen von Handführungen und einer mobilen Fußklammer zur Unterstützung späterer Ausstiege.

Inspizierung und Austausch einer Pumpen-Kontrollbox am P6-Träger der Raumstation aus dem Ammoniak des Kühlsystems austritt.

Die Astronauten ersetzten einen Receiver für die Verbinding vom der Erde zur Raumstation und kabellose Video-Geräte. Außerdem installierten sie Stromkabel für ein russisches Mehrzweckkabor-Modul, dass im Laufe des Jahres 2013 gestartet werden soll. Das neue Modul soll als Forschungseinrichtung, Andockknoten und Luftschleuse für künftige russische EVAs dienen and wird das Modul Pirs ersetzen.

Der Außenbordeinsatz wurde nach gut einer Stunde abgebrochen, weil sich im Helm des ESA-Astronauten Luca Parmitano Wasser gesammelt hatte.