Il s'envole le lors de STS-61-B pour sa première mission pendant laquelle il réalise deux sorties extravéhiculaires (EVA) afin de tester des méthodes d'assemblage de structures, tandis que la navette déploie trois satellites. Après l'accident de Challenger en , il décolle le à bord d'Atlantis pour la mission STS-27 pour le compte du Département de la Défense. Il s'envole pour sa troisième mission lors de STS-37 le , la navette déployant l'observatoire à rayon gamma CGRO. Il réalise une sortie spatiale d'urgence pour déployer l'antenne du satellite puis une seconde pour tester des prototypes de matériel d'EVA. Il décolle pour sa quatrième mission le à bord de Columbia lors de la mission de recherche scientifique STS-55 emportant le laboratoire Spacelab. Le il s'envole lors de STS-74 en direction de Mir, la navette Atlantis ravitaillant la station spatiale russe et installant le module d'amarrage. Il décolle ensuite le lors de STS-88, la première mission d'assemblage de la station spatiale internationale (ISS), pendant laquelle il accomplit trois EVA complétant l'intégration du module américain Unity avec le module russe Zarya. Enfin il s'envole pour sa septième et dernière mission le lors de STS-110 au cours de laquelle il réalise deux EVA, assemblant notamment le segment S0 de la poutre de l'ISS livré par la navette.