A legénység két tagja, John Grunsfeld és Andrew Feustel szombaton hat és fél órát töltött az űrben. Küldetésük legnehezebb feladata az űrteleszkóp egyik tönkrement kamerájának a javítása volt. A maga nemében egyedülálló feladat volt ez, tekintettel arra, hogy űrhajósok még sose végeztek ilyen finom és aprólékos munkát a nyílt űrben. Négy áramkör és a tápegység kicseréléséhez 32 apró csavart kellett kicsavarozniuk.
Az amerikai űrkutatási hivatal, a NASA szakemberei is elismerték, hogy a vastag űrhajós kesztyűben, űrbéli viszonyok közepette ez rendkívül bonyolult feladat. Ez volt az első alkalom, hogy az űrhajósok nem cseréltek, hanem javítottak egy tönkrement műszert a távcsövön.
Az űrséta során a két űrhajós egy új, 88 millió dollárt érő spektrográfot is felszerelt a távcsőre.
A bonyolult munka ellenére az űrhajósok a tervezettnél félórával korábban végezték el a feladatukat.
Az Atlantis legénységére még további két űrséta vár: olyan munkálatokat végeznek, amelyek révén meghosszabbodik a Föld körül 19 éve keringő Hubble űrteleszkóp küldetése.