STS-104 (Atlantis F-24) 12 lipca 2001 po raz drugi poleciał w kosmos. Był trzecim (MS-3) specjalistą misji STS-104, realizowanej przez załogę promu Atlantis. W wyprawie uczestniczyli także: Steven Lindsey (dowódca misji), Charles Hobaugh (pilot wahadłowca), Michael Gernhardt (specjalista misji – MS-1) i Janet Kavandi (MS-2). Był to dziesiąty lot wahadłowca na Międzynarodową Stację Kosmiczną z tzw. misją montażową (ISS 7A). Podczas wyprawy załoga promu pracowała wspólnie z członkami stałej obsady ISS. Wraz z Gernhardtem trzykrotnie wychodził na zewnątrz stacji kosmicznej, dokonując prac montażowych: 15 lipca przez blisko sześć godzin astronauci instalowali na bocznym węźle cumowniczym modułu Unity ważącą 6,5 tony śluzę powietrzną Quest, 18 lipca wyposażyli moduł w trzy zbiorniki z powietrzem oraz sprawdzili ich szczelność, zaś 21 lipca podłączyli czwarty zbiornik z powietrzem i dokonali przeglądu mechanizmu rozkładania baterii słonecznych – wtedy też po raz pierwszy do wyjścia w otwartą przestrzeń kosmiczną została użyta śluza Quest. Ich spacery kosmiczne trwały łącznie 16,5 godziny. Podczas realizacji planu zadań doszło do kilku awarii (m.in.