Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf der Edwards AFB; Mission ISS-05-3A.

Nach zweitägigem Alleinflug koppelte die Discovery am 13.10.2000 mit der Raumstation ISS. Am dritten Flugtag wird zunächst das Z1 Integrated Truss Segment, kurz: Z1 (-Truss) genannt, installiert. Z1 ist die Basisstruktur für die US-Solarflächenzellen.

Erste EVA durch McArthur und Chiao am 15.10.2000 (6h 28m) bei dem Kabel montiert wurden, die S-Band-Antenne an eine andere Stelle befestigt und eine Toolbox angebracht wurden. Außerdem installierten sie eine Space-to-Ground-Antenne, indem sie die Satellitenschüssel entfalteten.

Zweite EVA durch Wisoff und Lopez-Alegria am 16.10.2000 (7h 07m). Dabei waren sie mit Unterstützungsarbeiten beschäftigt, während Wakata mit Hilfe des Robotarmes den Pressurized Mating Adapter 3 (PMA-3) an die Station anbrachte. Dieser Verbindungsadapter, der mechanische Schnittstellen, elektrische Systeme und diverse Hardware beinhaltet, liefert dem Shuttle einen Dockingplatz zur ISS, der für Installation des Destiny-Labormoduls benötigt wird.

Dritte EVA durch McArthur und Chiao am 17.10.2000 (6h 48m) bei der die letzten Kabelverbindungen zwischen Unity und PMA-3 hergestellt wurden. Außerdem brachten sie zwei Konverter an Z1 an und begannen mit vorbereitetenden Arbeiten für die Mission STS-97 zum weiteren Aufbau der Raumstation.

Vierte und letzte EVA von Wisoff und Lopez-Alegria am 18.10.2000 (6h 56m) bei dem die SAFER-Einheit (Simplified Aid for EVA-Rescue) eingehend getestet wurde.

Wegen schlechten Wetters an beiden Landeorten musste die Discovery zwei zusätzliche Tage im All bleiben und wurde schließlich zur Edwards AFB umgeleitet.