美国东部时间9月8日15时26分（北京时间9日3时26分），“发现”号航天飞机与国际空间站脱离，开始返航之旅。

据美国航天局电视台报道，发生分离时，“发现”号与空间站正运行在中国西部上空约359公里处。宇航员随后利用机械臂和高分辨率相机对“发现”号进行常规拍照，地面控制中心将据此分析航天飞机的隔热板是否被太空垃圾或小陨星碎片损伤。

8月28日深夜升空的“发现”号此行为空间站运送了诸多给养。在“发现”号与空间站对接期间，宇航员们进行了3次太空行走，为空间站更换了一个存放液氨冷却剂的储存罐，并完成了相关维护工作。如果一切顺利，“发现”号将于10日晚降落在佛罗里达州肯尼迪航天中心。如果届时该中心天气状况不佳，加利福尼亚州爱德华兹空军基地将成为备选降落地点。

在现役的3架航天飞机2010年退役之前，美国还将向空间站发射6次航天飞机，以完成空间站的建设任务。最近的一次发射暂定于11月进行。