Entfernung von Start-Sicherungsbolzen des S5-Segmentes und anschließende Befestigung am vorgesehenen Platz; gleichzeitig wurden auch die Anschlüsse hergestellt. Außerdem wurde der P6 Radiator eingefahren und zum Fuß des S5 Segmentes verlegt, damit die Sonnensegel zur Sonne ausgerichtet werden können. Während der Mission STS-120 soll der Radiator dann an seinen endgültigen Standort installiert werden.

Umsetzung eines defekten Gyroscops (CMG-3) zu einer Plattform mit Namen External Stowage Platform–2 (ESP-2) außerhalb der Station auf der Ersatzteile gelagert werden, eine neue Plattform, ESP-3, wurde an der Raumstation angebracht (in der ESP-3 ist ein neues Gyroscop, dass von den Weltraumspaziergängern zum Ersatz des defekten benutzt wurde), Abtrennung von ESP-3-Stromkabeln zur Vorbereitung der Umsetzung an eine andere Stelle der ISS

Mit Hilfe des Roboterarms wurde zunächst ein Ammoniak-Tank aus der Nutzladebucht gehoben und vorübergehend an der Station verstaut. Ammoniak wird benötigt, um überschüssige Wärme aus der Station zu den Radiatoren außerhalb der Station zu leiten. Dann bargen die beiden Astronauten ein Samen-Experiment von außerhalb des japanischen Labors. Anschließend wurden Haltevorrichtungen an den Ammoniak-Tank angebracht und ein defektes Gyroskop des Navigationssystems der Station ausgetauscht. Da die beiden gut im Zeitrahmen lagen, wurden schon einige Arbeiten, die eigentlich später geplant waren, gleich mit erledigt, indem man z.B. schon 11 von 12 Befestigungsklammern löste.

Mit Hilfe des Stationsarmes wurde der leere Ammoniaktank vom Truss abgebaut und vorübergehend auf dem Equipment-Cart verstaut. Anschließend wurde der neue Tank eingesetzt und befestigt. Die Verbindung der Nitrogen- und der Ammoniak-Leitungen wurde wegen Verzögerungen bei der Befestigung des Ammoniaktanks nicht durchgeführt. Mit dem Stationsarm wurde dann der leere Tank nochmals versetzt.

Zunächst wurden die schwierigen Arbeiten beim Wechseln des Ammoniktanks beendet. Mit Hilfe des Roboterarms der Station wurde der leere Ammoniaktank in die Ladebucht des Shuttle verfrachtet. Danach wurden die Haltevorrichtungen vom alten Tank entfernt und auf der Werkzeugplattform verstaut. Anderson und Mastracchio bargen zum Abschluss dieser EVA noch einige Schutzkacheln vom Quest-Modul, um sie mit zur Erde zurückzubringen.

Ziel der EVA war es im Wesentlichen, die defekte Kühlkreislauf-Pumpe, die sich am Starboard 1 (S1) Truss befindet, abzubauen. Dazu gehörte auch das komplizierte Abtrennen der Pumpe vom Ammoniak-Kreislauf.

Die Astronauten holten eine Ersatz-Pumpe von der ESP-3 und bauten sie am Starboard 1 (S1) Truss ein.

Die Astronauten ersetzten einen während eines Routinetests am 11. April 2014 ausgefallenen Ersatz-Multiplexer-Demultiplexer (MDM). Dabei handelt es sich um eine von zwei externen MDMs, die für die Steuerung verschiedener Stationskomponenten sind. Dazu gehören das externe Kühlsystems, die Solar Alpha Rotary Joints (SARJ) und den Transportschlitten.