Po katastrofie wahadłowca Columbia plan lotów został gruntownie zmieniony i wspomnianą misję przeniesiono na późniejszy termin. Listopad 2003 – został przeniesiony do załogi misji STS-121. 4–17 lipca 2006 – uczestniczył w locie STS-121, pilotując wahadłowiec Discovery. 2007 – wyznaczono go na dowódcę misji STS-124. 31 maja – 14 czerwca 2008 – dowodził misją STS-124, realizowaną przez załogę promu Discovery. 11 sierpnia 2009 – został wyznaczony na dowódcę misji STS-134. 16 maja – 1 czerwca 2011 – dowodził misją STS-134, realizowaną przez załogę wahadłowca Endeavour. 21 czerwca 2011 – przekazał oficjalny komunikat, w którym ogłosił, iż kończy karierę astronauty i z dniem 1 października 2011 odchodzi z NASA. Decyzję uzasadnił ww. koniecznością opieki nad żoną.
Loty kosmiczne STS-108 (Endeavour F-17) thumb|Misja STS-108 – Dominic L. Gorie i Mark Kelly w kabinie wahadłowca Endeavour 5 grudnia 2001 wystartował w kosmos w ramach misji STS-108. Był pilotem wahadłowca Endeavour, którego załogę tworzyli ponadto: Dominic L. Gorie (dowódca misji), Linda M. Godwin (specjalista misji – MS-1) i Daniel M. Tani (MS-2). Na pokładzie promu znajdowała się także czwarta stała załoga Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS): Jurij I. Onufrijenko (MS-3), Carl E. Walz (MS-4) i Daniel W. Bursch (MS-5).