7月30日に、STS-114 の飛行期間を1日延長して、シャトルの飛行凍結期間に ISS の乗員がステーションを維持する手助けをディスカバリーの乗員が行う、と NASA は発表した。次にいつシャトルがステーションに来るのかはっきりしなくなったため、延長した日を使ってシャトルから ISS へ多くの機材が運び込まれた。
シャトルのハッチは ISS から分離する前夜に閉じられ、分離後には写真を撮るために ISS の近くを飛行した。
離床から127.1秒後、SRB の分離から5.3秒後に、外部燃料タンクの PAL ランプから大きな破片が脱落した（左上のアニメを参照）。この破片は大きさが 36.3 x 11 x 6.7 インチ (922 x 279 x 170 mm)、重量が約 1 lbs (0.45 kg) でコロンビア号事故の原因となった断熱材の約半分と推測された[1]。この破片はディスカバリーのオービタには衝突しなかった。外部タンクの分離後に撮影された写真からは、断熱材の脱落箇所が何箇所も見つかった。
そのさらに約20秒後に、外部タンクから分離した断熱材の小さな破片がオービタの右翼に衝突した。断熱材の質量と衝突時の速度を元にした NASA の推測では、損傷が起こりうるエネルギーの10分の1にも満たなかった。OBSS を使ったレーザースキャンと画像診断を行ったが、損傷はまったく見つからなかった。
7月27日に NASA は、断熱材の脱落問題が解決するまで、シャトルの飛行をすべて延期すると発表した。しかし、検討の結果、PALランプを以後のフライトでは除去する事にした事と、ハリケーン・カトリーナがメキシコ湾岸を襲ったため、次のSTS-121の打ち上げは予想よりも遅れることになった。ロッキード・マーティン社のミシュー組立工場とミシシッピ州にあるNASAのステニス宇宙センターがハリケーン・カトリーナとその氾濫により損害を受け、STS-121の打上げは、結局1年後の2006年7月4日まで遅れた。
飛行中の修理
8月3日のスティーブン・ロビンソンによる劇的な船外活動時に初めて撮影された、地球の上に浮かぶディスカバリーの下面。ロビンソンは ISS のロボットアームに乗り、オービタの耐熱タイルの間から飛び出したギャップフィラーを取り除くことに挑んだ。
ミッションの3回目の船外活動では、写真撮影で判明したシャトル下面から飛び出しているギャップフィラー（耐熱タイル間の詰め物）の対処が行われた。NASA によると、これらのギャップフィラーにはそれぞれ別の目的があり、再突入には必要無い、ということであった。一つは固体燃料ブースタと外部燃料タンクの先端から発生する衝撃波により、タイルがチャタリングを起こさないようにするためのものである。もう一つは、タイルの隙間が広い箇所にあり、単純に隙間を狭くするためものであり、熱がシャトルに伝わらないようにするためのものである。このフィラーが無くても再突入時に問題が起きるほど温度は上昇しないだろう、と NASA は考えた（温度の上昇を抑えるためのもので、機体の設計寿命以上に繰り返し使った時にしか問題とならないはずである）。ギャップフィラーが再突入に必要無いことがわかり、単純にそれを取り除くことが認められた。フィラーの処理手順を含む概要は無線で乗員に伝えられ、シャトルで印刷された。また、NASA の地上要員が修理のデモを行っているビデオもアップロードされた。ビデオと12ページの手順書は、NASA のウェブサイトで公開されている[2]。
3回目の EVA で、何の工具も必要とせず、1ポンド以下の力で両方のフィラーを取り除くことに成功した。スティーブン・ロビンソンによる作業の実況は、次の通りである。「フィラーを掴んだ。引っ張ると簡単に取れた。」・・・「この大きな問題は解決したようだ。」
