L'orbiteur a atteint l'orbite terrestre en 8 minutes et 29 secondes à 225 km d'altitude à une vitesse dépassant les 28 000 km/h. Atlantis doit s'amarre dimanche à la Station spatiale internationale (SSI). La navette, avec six astronautes à bord, va livrer à la station spatiale plus de 12 tonnes d'équipement ainsi qu'un minimodule de recherche de fabrication russe. Trois sorties dans l'espace sont prévues au cours de la mission, notamment pour remplacer des générateurs et installer des pièces détachées sur la station.

Théoriquement, il s'agira du 32e et dernier vol pour Atlantis, qui avait volé pour la première fois en 1985. Après cette mission, il ne restera que deux vols de navettes spatiales. Discovery et Endeavour doivent encore effectuer chacune une mission finale, respectivement à la mi-septembre et fin novembre. Atlantis n'ira cependant pas directement au musée. La NASA va la préparer pour une éventuelle mission de secours pour le dernier vol d'Endeavour.

Après la fin des missions des navettes, les États-Unis dépendront des Soyouz russes pour acheminer leurs astronautes à la station spatiale, que la NASA veut continuer à faire fonctionner jusqu'en 2020. Un nouveau lanceur américain doit prendre la relève vers 2015.