Jeszcze w tym samym miesiącu Roskosmos oraz NASA włączyły Daniela Tani do składu 15 i 16 podstawowej załogi ISS. 2007 – 23 października wystartował na ISS na pokładzie wahadłowca realizującego misję STS-120, a na Ziemię powrócił 20 lutego 2008 z załogą STS-122. Podczas kilku miesięcy pobytu na orbicie astronauta wykonał 5 spacerów kosmicznych. 2012 – w sierpniu opuścił NASA i powrócił do pracy w firmie Orbital Sciences Corporation.
Loty kosmiczne STS-108 (Endeavour F-17); 5 grudnia 2001 Daniel Tani wystartował do swojej pierwszej misji kosmicznej na pokładzie wahadłowca Endeavour. Był specjalistą (MS-2) załogi STS-108. Razem z nim w kosmos polecieli: Dominic L. Gorie (dowódca), Mark E. Kelly (pilot), Linda M. Godwin (specjalista misji MS-1) oraz 4 stała załoga Międzynarodowej Stacji Kosmicznej: Jurij I. Onufrijenko (MS-3), Carl E. Walz (MS-4) oraz Daniel W. Bursch (MS-5). Zasadniczym zadaniem lotu było dostarczenie przez załogę promu zaopatrzenia dla stacji, które znajdowało się w nowym module „Raffaello”. Dwa dni po starcie, 7 grudnia 2001, Endeavour połączył się z Międzynarodową Stacją Kosmiczną, a jego załoga przeszła na pokład stacji. 8 grudnia 2001, w godzinach popołudniowych, moduł „Raffaello” został przy pomocy ramienia RMS przyłączony do modułu Unity.