Wymieniono kamerę WFPC-2 (Wide Field and Planetary Camera 2, Kamera Szerokokątna i Planetarna 2) na nową WFPC-3 oraz podłączono ją do systemu. Wymieniono komputer służący do komunikacji i zapisywania danych do przesyłania ich na Ziemię. 15 maja 2009 12:49-20:45 UTC (7 h 56 min) – EVA-2 (Massimino i Good). Astronauci wymienili 6 stabilizujących położenie HST żyroskopów RSU (Rate Sensor Unit) i trzy 18-letnie baterie akumulatorów. 16 maja 2009 13:35–20:11 UTC (6 h 36 min) – EVA-3 (Grunsfeld i Feustel). Zainstalowano nowy spektrograf oraz naprawiono uszkodzoną kamerę. 17 maja 2009 13:45-21:47 UTC (8 h 2 min) – EVA-4 (Massimino i Good). Naprawiono, unowocześniono i uruchomiono, nieczynny od 2004 roku, spektrograf STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph, Spektrometr Obrazujący Teleskopu Kosmicznego). Z powodu przedłużenia się prac nad tym urządzeniem astronauci nie zdążyli zainstalować folii ochronnej na powierzchni teleskopu Hubble'a. Zadanie to zrealizowano podczas następnego, ostatniego spaceru kosmicznego. 18 maja 2009 12:20-19:22 UTC (7 h 2 min) – EVA-5 (Grunsfeld, Feustel).