美国东部时间１０日１５时３６分（北京时间１１日凌晨３时３６分），“阿特兰蒂斯”号和空间站稳稳结合在一起。对接之后又过了１个多小时，对接舱门打开，空间站第１５长期考察组３名宇航员高兴地迎接７位伙伴。

握手、拥抱之后，两组宇航员第一件事儿就是“换人”。乘坐“阿特兰蒂斯”号升空的美国宇航员克莱顿·安德森，正式加入空间站第１５长期考察组，把已经在站上执行任务达半年之久的美国女宇航员苏尼特·威廉斯替换下来。

在接下来７天的对接期内，宇航员一共要进行３次太空行走，为空间站安装新的结构组件，展开一组新的太阳能电池板，并回收一组旧电池板。

对接之前，在空间站下方，“阿特兰蒂斯”号照例作了“太空翻转”动作，让机腹朝上。站上宇航员用高清晰度长焦数码相机对准机腹狂拍照片，以检查飞机腹部隔热板在发射升空过程中是否受到损伤。这是“哥伦比亚”号失事以后美国航天飞机飞行中添加的“规定动作”，以提高返航安全系数。

另外，美国宇航局地面控制中心１０日说，除了先前发现的那条机身隔热板裂缝，“阿特兰蒂斯”号其他各处均未发现新的问题。机组宇航员还对裂缝周围拍摄了更多图像传回地面，以供地面专家进一步分析。