Após iniciar as atividades, os especialistas John Grunsfeld e Andrew Feustel levaram 15 minutos para soltar um dos parafusos do telescópio Hubble, que teimava em não se soltar. Quando finalmente foi retirado, os astronautas deram início à remoção da antiga Câmera Planetária de Ângulo Largo, WFPC2, que foi retirada para liberar espaço para a nova Câmera de Campo Largo WFC3.
A operação de instalação levou aproximadamente quatro horas e teve seu funcionamento confirmado pelo Centro de Controle do Telescópio, localizado no Centro Espacial Kennedy, de onde também partem as ordens da missão STS-125 do ônibus Atlantis. Após a instalação da WFC3 os astronautas substituíram um dos computadores do Hubble, o SIC&DH.
Antes de finalizarem a atividade extraveicular, Grunsfeld instalou um mecanismo que permitirá que uma futura nave agarre o telescópio e o traga até o ponto de reentrada na atmosfera, ao término da missão Hubble. Além desse mecanismo Grunsfeld instalou dois dispositivos na porta de abertura do telescópio, com o objetivo de favorecer o trabalho dos astronautas nas próximas atividades programadas para a missão.
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11 maio - 15h01 - Lançamento do ônibus espacial
12 maio - 10h01 - Inspeção da proteção térmica da estrutura do ônibus
13 maio - 13h54 - Captura do Telescópio Hubble
14 maio - 09h16 - 1º passeio espacial: Instalação da Câmera de Campo Largo
15 maio - 09h16 - 2º passeio espacial: Substituição dos giroscópios e baterias
16 maio - 09h16 - 3º passeio espacial: Instalação do instrumento COS - Câmera de Origens Cósmicas
17 maio - 09h16 - 4º passeio espacial: Reparo do Espectrógrafo Imageador STIS
18 maio - 09h16 - 5º passeio espacial: Reparo do sensor de guiagem fina e substituição de baterias
19 maio - 09h53 - Liberação do telescópio Hubble
19 maio - 13h51 - Última inspeção do escudo de proteção térmica
20 maio - 09h31 - Conferência de imprensa com os astronautas
21 maio - 08h11 - Checagem dos sistemas de vôo da Atlantis
21 maio - 13h16 - 1º Entrevista com os astronautas
21 maio - 18h01 - 2º Entrevista com os astronautas
22 maio - 12h41 - Retorno da Atlantis ao Centro Espacial Kennedy