Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf der Edwards AFB. Mission ISS-08-6A MPLM "Raffaello".

Die höchste Priorität hatte auf diesem Flug die Anlieferung und Installation des Roboterarms Canadarm2, Teil des Space Station Remote Manipulator Systems, der für den weiteren Ausbau der Station von essenzieller Bedeutung war.

Nach zweitägigem Alleinflug koppelte die Endeavour am 21. April 2001 an die Raumstation ISS an. Es folgten gemeinsame Arbeiten mit der ISS Expedition zwei. Weiter wurde ein neues Set an Experimenten mit Raffaello, dem zweiten von drei italienischen Mehrzweck-Logistik-Modulen geliefert. Zudem wurde neben diversen Versorgungsgütern auch eine UHF-Antenne zur Station gebracht, welche für die direkte Kommunikation bei Außenbordmanövern vonnöten war.

Eine erste EVA führten Chris Hadfield und Scott Parazynski am 22. April 2001 (7h 10m) zur Montage eines kanadischen Greifarms (Canadarm2) an die ISS durch. Chris Hadfield unternahm den ersten Aufenthalt eines Kanadiers im freien Weltraum.

Die zweite und letzte EVA durch Chris Hadfield und Scott Parazynski wurde am 24. April 2001 (7h 40m) zur Verkabelung des neuen Greifarms unternommen.

Zeitweise Computerprobleme (Computer Nr. 1 C&C1) auf der ISS führten zur Verlängerung der Kopplungszeit um einen Tag.