Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf Cape Canaveral (KSC), Runway 15; ISS 15A ITS-S6.

Der Start musste mehrfach verschoben werden. Grund war zunächst der Austausch von Kühldruckventilen des Haupttriebwerkes, nachdem man bei der Endeavour nach deren letzten Mission Beschädigungen festgestellt hatte. Die daraus folgenden Analysen benötigten bedeutend mehr Zeit als eingeplant. Ein erster Startversuch am 12. März 2009 endete schon beim Betanken, nachdem in einem Wasserstoff-Ablasstank ein Leck durch ein defektes Ventil auftrat. Die Startverzögerungen bewirkten letztlich, dass eine geplante EVA gestrichen werden musste, weil die nachfolgende Sojus-Mission sonst nicht hätte andocken können.

Die Mission STS-119 brachte das S6-Gitterelement zur Internationalen Raumstation. Dieses Gitterelement war das letzte der vier Solarmodulen, das montiert wurde. Eine weitere Aufgabe der Mannschaft war der Anschluss des Solarmoduls und der Batterien.

Nach zweitägigem Alleinflug koppelte die Discovery am 17. März 2009 an die ISS an. Es folgten gemeinsame Arbeiten mit der ISS Expedition 18. Zu den wesentlichen Aufgaben gehörte der Transfer von Koichi Wakata zur ISS und von Sandra Magnus zur Crew von STS-119, die mit diesem Flug die Heimreise zur Erde antrat. Wichtigste Aufgabe dieser Mission war das Liefern und Anbringen der S6-Gitterstruktur mit der die Solarzellenausleger (Integrated Truss Structure) endgültig fertig gestellt sind.

Die erste EVA durch Steven Swanson und Richard Arnold wurde am 19. März 2009 (6h 07m) unternommen. Dabei wurde das S6-Segment befestigt und verkabelt. Auch wurden diverse Starthalterungen und Wärmematten entfernt und der segmenteigene Radiator sowie die Boxen, in denen die Kollektoren gelagert sind, ausgefahren. Die vier entfernten thermischen Abdeckungen wurden als Weltraummüll entsorgt.

Diese Arbeiten wurden teilweise gegenüber dem bisherigen Flugplan vorgezogen, weil keine Inspektion des Hitzeschutzschildes durchgeführt werden musste. So entschied man kurzerhand, die Solarflächen schon am sechsten Flugtag auszufahren, statt erst am achten Flugtag.

Zwischenzeitlich standen an Bord der Raumstation weitere Arbeiten an. Darunter war auch die Reparatur des Ergometers des Shuttles, in welchem sich eine Komponente verhakt hatte. Weiterhin wurden Reparaturen am Urinverarbeitungssystem, einem Teil des US-Wasserrecyclingsystems, durchgeführt. Dort wurde nach der ersten Inbetriebnahme während der STS-126-Mission ein Defekt an einer Zentrifuge festgestellt, weshalb das System nicht korrekt arbeitete.

Die zweite EVA führten Steven Swanson und Joseph Acaba am 21. März 2009 (6h 30m) aus. Zu den ersten Aufgaben gehörten Vorbereitungsarbeiten für den Austausch von Batterien, die während der STS-127-Mission ausgetauscht werden sollen. Dabei wurden auch Werkzeuge getestet, die anschließend vor Ort verstaut wurden. Während dieser Arbeiten fiel jedoch eines der drei verbliebenen Gyroskope aus, wodurch die Mindestanforderungen für die Lagekontrolle unterschritten wurden und diese Aufgabe während des restlichen Ausstiegs von der Discovery übernommen wurde. Anschließend begaben Steven Swanson und Joseph Acaba sich zum P3-Segment um einen Andockpunkt für externe Nutzlasten (UCCAS) auszufahren. Das vollständige Ausfahren war jedoch trotz mehrerer Versuche nicht möglich. Dies wurde auf einen blockierenden Halterungsbolzen zurückgeführt. Steven Swanson installierte anschließend die noch fehlende zweite GPS-Antenne an das KIBO-Modul, während Joseph Acaba mit dem Fotografieren der S1- und P1-Radiatoren im sichtbaren und infraroten Lichtspektrum begann. Dies war erforderlich, um ermessen zu können, wie sich ein Riss in einem der Steuerbordpaneele auf die Gesamtleistung auswirkt.

Der achte Flugtag war für Erholung der Crew eingeplant. Allerdings wurden weitere Arbeiten am Urinverarbeitungssystem vorgenommen. Außerdem wurde ein Ausweichmanöver gestartet, um einem Wrackteil eines chinesischen Satelliten mit einem Durchmesser von etwa 10 cm auszuweichen. Es hatte dieselbe Bahnhöhe wie die Station, jedoch statt 51,6° eine Bahnneigung von 98° und wäre so der Station während des kommenden Ausstiegs und der folgenden Tage zwei mal pro Orbit gefährlich nahe gekommen. Zwischen 20:00 UTC und 20:30 UTC führte die Discovery ein Manöver durch, das die Station um 180° drehte und sie in die Abdockposition brachte. Diese Position behielt sie drei Stunden bei und reduzierte so die Geschwindigkeit des Komplexes genug, um dem Wrackteil auszuweichen. Da genauere Daten zur Flugbahn des Wrackteils erst später vorlagen, derlei Manöver jedoch aufgrund der auftretenden Beschleunigungen nicht gleichzeitig mit einem Weltraumausstieg erfolgen können, entschloss sich die NASA dazu, das Manöver präventiv vor dem Ausstieg durchzuführen. Nach dem Manöver drehte die Discovery den Komplex wieder in Flugposition und es wurden die Vorbereitungen für den letzten Ausstieg aufgenommen.

Die dritte und letzte EVA der Mission wurde durch Richard Arnold und Joseph Acaba am 23. März 2009 (6h 27m) zum Umsetzen eines der CETA-Carts unternommen. Zu Beginn manövrierten John Phillips und Koichi Wakata die CETA-Plattform von P1 zu S1, wo sie anschließend von Richard Arnold und Joseph Acaba eingerastet wurde. Joseph Acaba brachte zusätzlich einen Verbinder an den Cart an, Richard Arnold begab sich zum B-Ende des Roboterarms, um diesen zu ölen.

Die Flugtage 10 und 11 dienten dann hauptsächlich zur Durchführung von Transfers von der Discovery zur ISS. Es fanden aber auch Fragestunden mit Präsident Obama, einer Schulklasse und einem Kongressabgeordneten statt. Zudem wurde das System zur Wassergewinnung aus Urin erfolgreich mit Flüssigkeit getestet und das gewonnene Wasser von der Discovery für labortechnische Untersuchungen mit zur Erde gebracht.

Wegen schlechtem Wetter auf Cape Canaveral (KSC) wurde die Landung um eine Erdumkreisung verschoben.

Koichi Wakata am 31. Juli 2009 um 14:48 UTC mit STS-127 gelandet.