C'est après deux jours de retard que Discovery STS 116 s'envole du LC39B du centre spatial Kennedy le 9 décembre à 20 h 47 locale (2 h 47 TU). Ce premier lancement de nuit depuis l'accident de Columbia en 2003 est aussi le dernier du pad 39B, qui sera mis en sommeil et modifié en 2008 pour le lanceur Ares I. Désormais, les dernier vols STS décolleront du LC39A, fraîchement rénové.

Après sa manoeuvre de roulis, Discovery prend son azimut, longeant la coté Est des Etats Unis, traversant l'Atlantique vers l'Europe. La météo qui avait donné soucis aux techniciens 48 heures avant est bonne, seul de légers nuages subsistent mais qui n'empêche nullement de suivre l'ascension. Les caméras de bord ne permettent pas voir précisément si des débris de glace ou de mousse se détachent tant la lueur des moteurs est intense. Apparemment aucun débris n'est signalé lors des premières minutes de vol. la mise en orbite est réalisée 8 mn plus tard après le largage du réservoir externe.

A bord de Discovery le commandant Mark Polansky, qui emporte avec lui la médaille de la ville d'Auriol qui l'avait accueillit en 2005 lors des "rencontres spatiales Auriolaise d'Espace Magazine" et le pilote William Oefelein. A leur coté 4 Mission Specialist Bob Curbeam, Nicholas Patrick, Joan Higginbotham, l'astronaute suédois de l'ESA  Christer Fuglesang et Sunita "Suni" Williams. Williams restera dans ISS en remplacement de l'astronaute allemand  Thomas Reiter. Mark Polansky est aussi le 1000eme homme à voler dans l'espace depuis 1961. Sur ces 1000 astronautes, certains ont volé plusieurs fois. On compte 446 astronautes différents dont 99 Russes, 280 Américains, 3 Chinois, 64 d'autres nationalités dont 31 Européens dont 9 Français. 168 n'ont fait qu'une seule mission. Sur les 446 personnes, on compte 44 femmes. L'astronaute le plus âgé avait 78 ans (John Glenn) et le plus jeune 25 ans (Guerman Titov). 12 hommes ont marché sur la lune et 18 astronautes sont morts en mission.

Le 10 décembre, l'équipage est réveillé vers 11 heures du matin (heure de Houston) par le "Here comes the sun" des Beatles. Cette seconde journée va être consacrée à inspecter le bouclier thermique de Discoevry tout en continuant les manoeuvres d'approche avec ISS. Le seul incident noté lors du visionnage du film pris depuis le réservoir est le passage d'un débris non identifié sur le coté gauche de l'Orbiter. 

La mission STS 116, la 33 eme de Discovery a pour but de mettre la poutre P5 au bout de l'actuelle P4 (installée en septembre dernier). P5, de 3,3 m de long pour 4,5 m de large ne pèse que 1650 kg, soit le quart des poutres P3-P4. P5 servira d'interface pour la mise en place de P6 en 2007. Les astronautes devront aussi mettre en service les panneaux solaire P4 et rétracter une partie du panneau P6. Dans la soute outre la poutre P5 se trouve le module pressurisé Spacehab en version courte de 3 m qui embarque des fournitures, des équipements et des charges utiles scientifiques, comme par exemple des panneaux supplémentaires destinés à protéger le module de service russe Zvezda des micrométéorites et des débris spatiaux. Dans la soute également la Palette ICC (Integrated Cargo Carrier).

3 EVA seront nécessaire pour mettre en service les panneaux solaires P4. Lors de la première sortie prévue le 12 décembre, Curbeam et Fuglesang verrouilleront la poutre P5 que le bras robot de la navette et d'ISS aura positionné la veille et remplaceront une caméra sur P1. Lors de l'EVA 2 le 14 décembre, les mêmes astronautes brancheront le circuit électrique pour alimenter la station avec les panneaux P4 et déplaceront les deux chariot de travail CETA vers P1, libérant la place pour le montage de S3-S4 l'année prochaine. La dernière EVA, le 16 permettra à Curbeam et Williams de terminer la mise en route de P4 et de désactiver la poutre Z1 qui supporte P6. Parmi les autres tâches prévues, la réparation d'un des gyroscopes et le 'lancement' de 2 microsatellites conçus pour prendre des mesures de la densité et de la composition de l'atmosphère au niveau des orbites basses. Il s'agit pour les scientifiques de mieux prévoir le comportement d'objets artificiels et naturels lorsqu'ils évolueront dans cette zone de l'orbite terrestre.

Discovery s'amarre à ISS le 11 au 3eme jour de vol FD3 à 17 h 12 heure de Houston. L'équipage rentre dans le module Destiny deux heures plus tard accueillit par l'équipage de l'expédition 14. Après les embrassades, le siége "Soyouz" de Williams est amené dans la station. Il sera mis dans le TMA à la place de celui de Reiter. Ce dernier retournera sur terre dans Discovery. Sunita Williams devient ainsi le troisième membre de l'expédition 14. Contrôlant le bras RMS de l'Orbiter, Nicholas Patrick sort de la soute la poutre P5 et le donne à Williams qui contrôle le bras RMS de la station. La poutre reste ainsi à coté de la station attendant son installation par Robert Curbeam et Christer Fuglesang le lendemain. 

Les inspections de la protection thermique réalisées durant l'approche finale RPM (Rbar Pitch Maneuver) n'ont rien révélé de sérieux. Un accéléromètre a enregistré un petit impact, probablement une micro météorite sur l'aile gauche entre les panneaux RCC 19 et 21. L'inspection avec le bras n'a rien révélé de sérieux. En fin de journée, le contrôleur du circuit primaire B du système d'évaporation au fréon FES Flash Evaporator System tombe en panne, mais le circuit A assure la redondance. 

Sunita Williams qui remplacera Reiter dans ISS, le pilote Williams Oefelein et Christer Fuglesang.

Sunita Williams, Joan E. Higginbotham, Mark Polansky et Nicholas J. M. Patrick. 
Joan E. Higginbotham est le seconde employée du KSC a devenir astronaute.

Les deux femmes de ce vol, Williams et Higginbotham dans le sas de Discovery, Fuglesang dans la cuisine au pont inférieur.

La 4eme journée de vol FD4 est consacrée à la préparation de la première EVA. La veille, les astronautes Curbeam et Fuglesang ont commencé à purger l'azote de leur sang dans le sas de l'Orbiter. Les deux hommes sortent dans la soute à 15 h 31, heure de Houston. En 6 h 36 mn, ils verrouillent la poutre P5 au bout de P4 (serrage des 4 boulons, branchement électrique), enlèvent la poignée PVRGF (Photovoltaic Radiator Grapple Fixture) qui a servit pour la manutention et remplacent une caméra sur la poutre S1. 

La prochaine étape pour le 5eme jour de vol FD5 est la rétraction d'un des panneaux solaire de P6, le 4B et la mise en service définitive des panneaux P4 2A et 4A. Les deux panneaux P6, 4A et 2B ont été monté sur une structure spéciale nommée Z1 (Zénith) il y a 6 ans pour assurer l'alimentation électrique de la station pendant sa construction. Le plan de montage d'ISS prévoir l'ajout de 3 autres ensembles de panneaux solaires P4, S4 (1A et 3A) et S6 (1B et 3B) au bout de la poutre P1-S1 d'ici 2010. Ces panneaux sont montés perpendiculairement à P6 et les longues ailes du panneau P6 4A vont alors gêner les mouvement de P4. Les panneaux de P6 seront enlevés de Z1 et placés au bout de P4-P5 à l'automne 2007. En attendant, un coté des panneaux P6 sera rétractée avant de mettre en service P4. L'autre coté sera rétracté en mars 2007. 

Les deux ailes solaires similaire aux panneaux P4 sont constitués de bandes de tissus recouvertes de cellules photovoltaïques étendue de chaque coté d'une structure, le mat central. Commandé par les astronautes, ce mat central doit rentrer dans son container et entraîner dans son mouvement le pliage des  deux ailes. Le bon déroulement de cette opération implique que les ailes se replient parfaitement telle un accordéon dans leur boite. 31 cellules constituent le mat central. Il faut au minimum rétracter 12 cellules pour permettre de démarrer la rotation du panneaux P4. L'opération commence à 13 h 28 heure de Houston. Les premières lames des panneaux se plient sans problème et se rangent dans leur boite. 15 minutes après, une mauvaise tension des câbles de maintien met en oscillation l'aile qui se voile et prend un mauvais pli. L'opération est arrêtée. Après plusieurs essais et concertation avec les équipes au sol, il est décidé d'utiliser la technique de Polansky, à savoir déplier et replier le panneau pour le rentrer dans sa boite.  

A 15 h 50, au second passage dans la nuit, le panneau est rentré d'un peu plus de la moitié suffisamment pour ne pas gêner la rotation de P4. 19 h 52, le panneau n'est toujours pas rentré malgré 40 tentatives des astronautes. La manoeuvre de rétraction est abandonnée. La NASA va étudier des solutions pour pouvoir rentrer le panneau P6 avant la fin du vol. Plusieurs options s'offrent: continuer la manoeuvre en espérant que les éléments rentrent et se plient correctement ou l'assister par les astronautes en scaphandres au cours d'une 4eme EVA si le temps manque lors de la 3eme. Dernière option, ce seront les occupants d'ISS qui essaieront de rentrer le panneau au cours d'une EVA. La mise en rotation du joint SARJ du panneau P4 intervient à 20 h 00 heure de Houston pour suivre le soleil et commencer à alimenter la station.

14 décembre, FD 6, l'équipage est levé à 10 h 19 heure de Houston. La seconde EVA de Robert Curbeam et Christer Fuglesang débute à 14 h 41 mn. Son but est de re câbler l'alimentation électrique de la station en basculant deux des quatre circuits principaux d'alimentation vers le module Destiny. Les deux autres circuits seront re câblés lors de la 3eme EVA par Curbeam et Sunita Williams. Lors de la mise en service de P6 en 2000, l'alimentation électrique passait directement vers le module Destiny sans passer par les buss principaux de la poutre centrale. Les segments S0, S1 et P1 lancés il y a 4 ans abritent les principaux systèmes de commandes et de régulation électrique ainsi que les deux systèmes de refroidissement par circulation de fréon, les pompes, la pressurisation par azote et les 6 panneaux radiateurs montés sur S1 et P1. Ils n'ont jamais été mis en marche après l'accident de Columbia en 2003. Les deux astronautes travaillent près du segment S0, au dessus de Destiny. 19 connecteurs sont débranchés et 17 rebranchés sur le circuit 2/3. Au sol, les contrôleurs ont la plus grande partie du travail avec l'envoie de centaines d'ordres de commande informatique aux différents circuits sans causer de pannes dans l'alimentation d'ISS. La difficulté du travail des astronautes est que certains équipements de la station doivent restés alimentés en permanence ce qui nécessite de monter des dérivateurs pour acheminer l'électricité. 

Après cette EVA, le circuit de puissance 2/3 des panneaux P6 2B et P4 2A est routé vers S0 et le circuit de refroidissement amené vers P4 afin de dissiper la chaleur des équipements électriques de la structure. Après la 3eme EVA, l'autre circuit 1/4 du P4 4A sera routé vers S0, le circuit du panneau rétracté P6 4B sera lui aussi routé vers S0, ses batteries servant de stockage de secours. 

Pendant l'EVA, la moitié de la puissance de la partie US de la station est coupée pour éviter des interférences avec le travail des astronautes. Les lumières dans Destiny sont coupés et il n'y a plus de communications entre les parties US et russe d'ISS. Les antennes du Shuttle et de la station utilisées pour les liaisons TV vers la terre sont situées près de l'endroit où travaillent les astronautes. Elles sont coupées afin d'éviter d'irradier les astronautes. Il n'y a que la boucle son. Après 2 heures de travail, les astronautes terminent le câblage permettant d'alimenter les deux bus électrique principaux avec les panneaux P6 et P4. Au sol, les contrôleurs démarre l'envoie de fréon dans le circuit de refroidissement de P4. A 19 h 45 mn, la sortie est terminée, elle a duré 5 heures.

Déplacement des 2 chariot CETA

15 décembre , FD7, les contrôleurs au sol commandent une série de manoeuvre visant à rétracter le panneau solaire P6 mais sans succès. En fin de journée, il est décidé que si du temps reste aux astronautes lors de la 3eme EVA, ils effectueront une inspection reprochée du panneau pour aider la rétraction.

16 décembre, FD8, c'est Robert Curbeam et Sunita "Suni" Williams qui réalisent la 3eme EVA. Les astronautes sortent à 14 h 25 et terminent la câblage électrique de la station, les lumières et les communications étant coupées pendant l'opération. A 16 h 11, les opérations de câblage se terminent, la puissance des panneaux solaire passe désormais vers Destiny. Les astronautes rejoignent la soute de Discovery et récupèrent un panneau piégeant  les micro météorites qui sera installé à l'extérieur de la station lors d'une prochaine EVA. A 17 h 00, le système de refroidissement des panneaux solaire est mis en route par le sol. Williams laisse malencontreusement échapper un appareil photo. A 18 h 50, les astronautes installent le "Adjustable Grapple Bar" sur une plateforme externe du sas, une sorte de "main portable" qui  servira aux astronautes pour attacher des objets durant leur EVA. Pour terminer leur sortie, les astronautes se dirigent vers le panneau P6. Cubeam donne de légers coups pour le remettre dans son guide. Après une heure de tentative, le panneau n'est rentré que de 65%, 6 "cellules" de plus que le jour d'avant. Il en 11. L'EVA se termine à 21 h 57, elle a duré 7 h 31 mn. Une 4eme EVA est finalement ajouté par les responsables de Houston, le 18 décembre, la mission de Discovery étant rallongée de 24 heures avec un atterrissage le 22 au KSC à15 h 56 heure de Houston.

La journée du 17 décembre est consacrée à transférer les paquets et équipements du Spacehab vers la station et inversement. 

18  décembre, FD10, l'équipage est levé au son de "Good vibration" des Beach Boys en hommage au bonne vibration que devront donner Curbeam et Fuglesang lors de leur EVA. C'est la la 4eme sortie pour Curbeam en un vol et la 3eme pour Fuglesang. Les astronautes sortent à 14 h 00, heure de Houston. Curbeam est "perché" sur le bras de la station et surveille les opérations de rétraction, le jour va se lever. 21 cellules sont rentrées sur les 31 restantes. Equipé d'un outil en forme de spatule, il fait glisser les lamelles du panneau dans leur boite de rangement. Dans la station, l'équipage commence la rétraction du panneau. Fuglesand lui est sur P6 à la base des panneaux. Solidement attaché, il secoue l'ensemble au fur et à mesure que les lamelles se rangent dans leur logement. A trop tirer sur le fil de guidage, Curbeam crée du mou. Après un passage dans la nuit, les opérations reprennent. A 16 h 30, il ne reste que 9 cellules à rentrer. Malgré les secousses de Fulglesand et le travail de Curbeam, les dernières cellules ont du mal à rentrer. Après une autre légère rétraction, un autre accroc. Fuglesang donne une petite secousse. Seulement 3 cellules et demi ont été rentré. Petit à petit, les dernières rentrent. A 17 h 45, il reste 6 cellules. 18 h 20, les astronautes se préparent à fermer la boite contenant les lamelles du panneau solaire, il reste une cellule à rentrer. 35 minutes plus tard, le panneau est complètement rentré. Il est verrouillé à 19 h 35. Avant de rentrer, Fulglesand prend des photos du panneau rétracté. La sortie a durée  6 h 38 mn. L'autre panneau de P6 sera rétracté lors du vol 117 l'année et déplacé à l'automne au bout de P5.  

19 décembre, FD11, Discovery se détache d'ISS à 17 h 10. Thomas Reiter a changé sa place avec Sunita Williams pour participer à un vol de plusieurs mois avec l'expédition 14. Le retour reste prévu pour le 22 décembre soit en Floride, au KSC, soit en Californie sur la base Edwards ou le centre de White Sands selon les conditions météo.

20 décembre, FD12, les astronautes réalisent une inspection du bouclier thermique de Discovery avant leur retour sur terre. L'observation du nez, des bords d'attaque et des tuiles ne révèlent rien de sérieux quand à l'impact de micro météorites. Les deux mini satellites expérimentaux militaires MEPSI Microelectromechanical System-Based (MEMS) PICOSAT Inspector et Radar Fence Transponder (RAFT) sont largués depuis la soute à 19 h 20 et 20 h 56 mn. MEPSI est constitué de deux petits satellites de la taille d'une tasse à café attaché ensemble par un câble. Sa mission sera de tester la faisabilité d'une inspection d'un satellite par un plus gros pour aider les contrôleurs au sol. RAFT est un transpondeur qui sera charger de relier les informations GPS et les messages Internet depuis le sol. 
A 13 h 23 est largué des Canister de la soute les micro satellites Atmospheric Neutral Density Experiment (ANDE) alors que Discovery survole l'océan Pacifique. Un des satellites est un démonstrateur destiné à prouver la conception d'antenne sphérique, l'autre est une cible passive destiné à l'USAF. ANDE va mesurer la densité et la composition de la basse atmosphère lorsque les satellites sont suivit depuis le sol.

La météo sur les sites de Floride et Californie inquiète les techniciens pour le retour, seul la base de White Sands bénéficiera de bonnes conditions météo jusqu'au 23 décembre. Pour le 22 décembre, 7 opportunités de retour se présentent à Discovery, à 15 h 56 au KSC, 17 h 26 à EAFB, 17 h 27 à WS, 17 h 31 au KSC, 19 h 00 à EAFB, 19 h 02 à WS et 20 h 36 à EAFB. 

Pour le retour sur terre le 22 décembre, l'équipage est réveillé à 7 h 17 du matin pour un atterrissage à 15 h 56 en Floride, malgré des nuages et des averses. Les vents soufflent fort sur le site d'Edwards, seul White Sands reste une bonne alternative pour le retour. A 12 h, le "go" est donner pour la fermeture des portes de la soute. La désorbitation est prévue à 14 h 49. A 12 h 35, le programme de vol du retour est chargé dans l'Orbiter. Discovery commence à s'orienter afin que ses antennes soient en liaison avec les satellites relais TDRS. La météo sur la Floride n'est pas bonne; de la pluie remonte du Sud vers le centre. Si les prévisions restent mauvaises pour 15 h 56, Discovery restera une orbite de plus en l'air avec trois opportunités de retour sur les trois sites entre 17 h 26 et 17 h 32.
A 14 h, l'atterrissage est repoussé d'une orbite. La désorbitation est prévu entre 16 h 19 et 16 h 26. A 16 h 21, le "Go" est donné pour un retour en Floride. 16 h 31, Discovery quitte son orbite et plonge vers l'atmosphère traversant l'océan Pacifique. L'Orbiter arrive par la coté Est du Mexique, passant au dessus du Golfe du Mexique, le Texas, l'Alabama et le Nord de la Floride. Après une boucle à 360°, Discovery s'aligne avec la piste 15 du KSC qu'elle touche à 17 h 32, heure locale.