Frank De Winne heeft op 28 juli omstreeks 19 uur Belgische tijd samen met zijn vijf andere ISS collega's afscheid genomen van de bemanning van het Amerikaanse ruimteveer Endeavour. Nadat het ruimteveer op 15 juli 2009 gelanceerd werd, koppelde het zich twee dagen later vast aan het internationaal ruimtestation ISS. Dit was de eerste maal in de geschiedenis van het ISS dat er zich dertien ruimtevaarders aan boord van het ruimtestation bevonden. Tijdens deze STS-127 missie werd met succes het laatste onderdeel van het Japanse ruimtelabo vastgehecht aan het ISS. Met de komst van het Japanse Exposed Facility experimentenplatform kunnen de bewoners van het ISS nu een tiental wetenschappelijke experimenten permanent blootstellen aan de vijandige omgeving van de ruimte.
De bemanning van de Endeavour voerde tijdens hun verblijf aan boord van het ISS vijf ruimtewandelingen uit waarbij het ruimtestation ondermeer voorzien werd van zes nieuwe zonnebatterijen en twee camera's. Nu het ruimteveer Endeavour terugkeert naar de Aarde kan het ISS ruimtestation en zijn Expedition 20 bemanning het Russische Progress M-67 bevoorradingstuig ontvangen dat op 25 juli 2009 gelanceerd werd vanop de Baikonur lanceerbasis in Kazachstan. Tijdens de STS-127 missie bevonden er zich voor het eerst ook twee Canadese ruimtevaarders aan boord van het ISS. Zo bracht astronaute Julie Payette een bezoek aan haar collega Robert Thirsk die samen met Frank De Winne op 27 mei in de ruimte gebracht werd. Frank De Winne moest voor het loskoppelen van de Endeavour ook afscheid nemen van zijn Expedition 20 collega Koichi Wakata. Deze Japanse ruimtevaarder bevond zich al sinds 28 maart 2009 aan boord van het ISS en wordt nu vervangen door de Amerikaan Timothy Kopra. Op 19 juli 2009 raakte ook bekend dat het toilet aan boord van de Amerikaanse Destiny module verstopt raakte. De Belgische ruimtevaarder kreeg samen met de Rus Gennadi Padalka de eer het defecte toilet te herstellen dat een dag later opnieuw functioneerde. Indien alles verloopt zoals gepland zal het volgende bezoek van een Amerikaans ruimteveer aan het ISS eind augustus of begin september plaatsvinden. Tijdens deze STS-128 missie zal Frank De Winne het bezoek krijgen van het ruimteveer Discovery dat een Multi-Purpose Logistics Module (MPLM) aan het ISS zal vasthechten. In deze MPLM cargomodule zal zich tal van nieuwe hardware bevinden dat door de ISS bemanning in verschillende modules van het ruimtestation zal ondergebracht worden.
