Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf Cape Canaveral (KSC). Wegen eines Lecks in einem Sauerstofftank wurde der ursprünglich auf den 04. April 2002 festgesetzte Start abgesagt. ISS-13-8A Integrated Truss Structure S0, Mobile Transporter. Mit diesem Flug wurde Jerry Ross erster Mensch mit sieben Raumflügen.

Nach zweitägigem Alleinflug koppelte die Atlantis am 10. April 2002 an die ISS. Es folgten gemeinsame Arbeiten mit der vierten Expedition der ISS. Die Atlantis lieferte das erste Segment der zentralen Gitterstruktur der Internationalen Raumstation (ISS). Das S0-Element mit einer Masse von zwölf Tonnen ist 13,4 Meter lang und 4,6 Meter breit. Außerdem wurde der Schienenwagen zur ISS gebracht. Der als Mobile Transporter bezeichnete Schlitten nutzt das auf den Gitterelementen verlegte Schienensystem.

Die erste EVA unternahmen Steven Smith und Rex Walheim am 11. April 2002 (7h 48m) bei der das (S-Zero) Truss Segment installiert wurde.

Die zweite EVA wurde durch Jerry Ross und Lee Morin am 13. April 2002 (7h 30m) ausgeführt, bei der zwei lange Streben vom S-Zero Truss zum Destiny Laboratorium gezogen wurden.

Bei der dritten EVA waren erneut Steven Smith und Rex Walheim am 14. April 2002 (6h 27m) im Einsatz. Dabei setzten sie unterbrochene Kabelverbindungen zum Canadarm2 wieder ein und begannen mit den Vorbereitungsarbeiten, um das kürzlich angelieferte Schienenfahrzeug der ISS, den Mobile Transporter, zu aktivieren.

Die vierte und letzte EVA wurde durch Jerry Ross und Lee Morin am 16. April 2002 (6h 37m) unternommen, bei der eine Art Leiter installiert, elektrische Schalter getestet und Lampen außerhalb der ISS für zukünftige Erweiterungsarbeiten angebracht wurden.