Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf Cape Canaveral (KSC). Der Start wurde am 21. Februar 2002 und am 28. Februar 2002 wegen technischer Probleme abgesagt. 4. Hubble Space Telescope Servicing Mission.

Nach mehreren Triebwerkszündungen gelangte die Columbia in eine Position rund 15 km hinter Hubble. In dieser Position erhielt Hubble vom Kontrollzentrum in Greenbelt das Kommando, die Übertragungsantenne zu verstauen und die Schutztür des inneren Spiegels zu schließen. Wenig später zündete die Columbia ihre Triebwerke erneut für den TI-Burn, der letzten Haupttriebwerkszündung vor dem Ergreifen des Teleskops, der den Abstand zwischen Shuttle und Teleskop weiter reduzierte und die Columbia in eine Position etwa 800 m unterhalb des Teleskops brachte. Von dort an übernahm Scott Altman die manuelle Kontrolle und brachte die Columbia in eine Position 12 m unterhalb von Hubble. Richard Linnehan unterstützte ihn dabei, indem er mittels eines tragbaren Lasermessgeräts die Distanz zu Hubble kontrollierte. Von dort aus benutzte Nancy Currie den Roboterarm, um Hubble zu ergreifen und auf die Wartungsbühne zu setzen. Dort wurde es befestigt und an die Stromversorgung des Shuttles angeschlossen. Viereinhalb Stunden später wurden Kommandos zum Einholen der Solarkollektoren gegeben, um sie während der ersten beiden Ausstiege austauschen zu können. Weiterhin bereitete man sich auf den ersten Ausstieg vor, der am Folgetag stattfinden sollte. Dazu gehörte, dass der Luftdruck in der Kabine auf 10,5 psi reduziert wurde.

Für die Außenbordtätigkeiten waren zwei Teams gebildet worden, die die anstrengenden Arbeiten an Hubble im Wechsel durchführten.

Die erste EVA wurde durch John Grunsfeld und Richard Linnehan am 04. März 2002 (7h 1m) ausgeführt, bei der ein Sonnensegel der neuesten Generation an der Steuerbordseite von Hubble angebracht wurde.

Die nächste EVA wurde durch das zweite Team, nämlich James Newman und Michael Massimino, am 05. März 2002 (7h 16m) unternommen, bei der auch das zweite Sonnensegel sowie eines von vier Reaction Wheel Assemblies ausgetauscht wurden.

Die dritte EVA erfolgte dann wieder durch John Grunsfeld und Richard Linnehan am 06. März 2002 (6h 48m). Dabei erfolgte der Austausch des Stromversorgungselements (Power Control Unit - PCU), dem "elektrischen Herzen" des HST.

Bei der vierten EVA waren dann wieder James Newman und Michael Massimino am 07. März 2002 (7h 18m) an der Reihe, bei der die Faint Object Camera (FOC) durch die neue Ultraviolett-Kamera (ACS) ausgetauscht und eine Elektrobox für das Kühlaggregat der NICMOS-Infrarotkamera installiert wurden.

Die letzte EVA wurde schließlich durch John Grunsfeld und Richard Linnehan am 08. März 2002 (7h 20m) unternommen, bei der das neue Kühlaggregat für NICMOS (Cryo Cooler) installiert und das bisherige Kühlsystem ersetzt wurde. Dabei wurde ein neuer Rekord für die meisten EVA-Stunden während eines einzigen Shuttle-Fluges erzielt.

Etwa drei Stunden vor dem Aussetzen befestigte Nancy Currie den Roboterarm der Columbia am Ankerpunkt Hubbles. Wenig später wurden die Übertragungsantennen wieder ausgefahren und die Columbia in eine Position gebracht, die es Hubbles neuen Solarkollektoren ermöglichen sollte, Hubbles Batterien aufzuladen. Zwei Stunden vor dem Aussetzen wurde Hubble wieder auf die interne Energieversorgung geschaltet und von der Stromversorgung des Shuttles getrennt. Kurz darauf wurde Hubble aus seiner Halterung gelöst und von Michael Massimino aus der Nutzlastbucht gehoben. Nancy Currie übernahm anschließend die Aufgabe, den Arm von Hubble zu lösen und in eine sichere Position zu bringen. Danach begannen Scott Altman und Duane Carey damit, die Columbia von Hubble wegzumanövrieren.