Expedition 5Edit
Besättningen på Expedition 5 sköts upp den 5 juni 2002 ombord på STS-111 och dockade till den internationella rymdstationen den 7 juni 2002. Under sin sex månader långa vistelse på rymdstationen installerade Whitson det mobila bassystemet, S1-balksegmentet och P1-balksegmentet med hjälp av rymdstationens fjärrmanipulatorsystem, utförde en rymdpromenad på 4 timmar och 25 minuter i en rysk Orlan-rymdräkt för att installera en mikrometeoroidsköld på Zvezda-servicemodulen samt aktiverade och kontrollerade Microgravity Sciences Glovebox, ett nyttolastställ av anläggningsklass.
Whitson utsågs till NASA:s första vetenskapsofficer under sin vistelse, och hon genomförde 21 undersökningar inom humana livsvetenskaper och vetenskaper om mikrogravitation, samt kommersiella nyttolaster. Expedition 5:s besättning återvände till jorden ombord på STS-113 den 7 december 2002. Efter sin första flygning loggade Whitson 184 dagar, 22 timmar och 14 minuter i rymden.
Expedition 16Redigera
Hennes andra uppdrag, Expedition 16, sköts upp den 10 oktober 2007 med Sojuz TMA-11. Tillsammans med sin Expedition 16-besättningsmedlem Jurij Malenchenko och rymdflygdeltagaren Yi So-yeon återvände hon till jorden i Sojuz TMA-11 den 19 april 2008. Återinträdet var anmärkningsvärt på grund av att Sojuz framdrivningsmodul inte kunde separeras ordentligt, och det efterföljande ”ballistiska återinträdet” som utsatte besättningen för krafter som var ungefär åtta gånger större än gravitationen på jordens yta. Hon tillbringade 191 dagar, 19 timmar och 8 minuter i rymden under detta uppdrag.
Den 18 december 2007, under den fjärde rymdpromenaden under Expedition 16 för att inspektera Solar Alpha Rotary Joint (SARJ) på S4:s styrbord, informerade markteamet i Mission Control Whitson om att hon hade blivit den kvinnliga astronaut som hade den längsta kumulativa EVA-tiden i NASA:s historia, liksom flest EVA:s, med sin femte EVA. Tre timmar och 37 minuter in i rymdpromenaden överträffade Whitson NASA-astronauten Sunita Williams med en sammanlagd tid vid det tillfället på 29 timmar och 18 minuter. När Whitsons femte EVA avslutades, den 100:e för montering och underhåll av ISS, blev Whitsons sammanlagda EVA-tid 32 timmar och 36 minuter, vilket placerade henne på 20:e plats när det gäller den totala EVA-tiden. Hennes sjätte rymdpromenad, även den under Expedition 16, gav henne en kumulativ EVA-tid på 39 timmar och 46 minuter, vilket placerade henne på 23:e plats för total EVA-tid i november 2009.
Expedition 50/51/52Redigera
Peggy Whitson anlände till den internationella rymdstationen den 19 november 2016 med Expedition 50/51, som sköts upp den 17 november 2016 från Baikonur-kosmodromen i Kazakstan. Hon blev befälhavare för Expedition 51. I och med uppskjutningen av Expedition 50/51 med henne ombord blev Whitson, vid 56 års ålder, den äldsta kvinnan att flyga i rymden. Under uppdraget slog hon rekordet för kumulativ tid i rymden för en amerikansk astronaut och överträffade det tidigare rekordet på 534 dagar som sattes av Jeff Williams. I början av april 2017 förlängdes hennes uppdrag med ytterligare tre månader på den internationella rymdstationen. Den 3 september återvände hon på en tidigare ledig plats i Soyuzkapseln tillsammans med Jack Fischer från NASA och Fyodor Yurchikhin från Roscosmos.
I januari 2017 utförde Whitson sin sjunde EVA. tillsammans med Expedition 50-befälhavaren Shane Kimbrough. Under EVA:n installerade de tre nya adapterplattor och kopplade in elektriska kontakter som förberedde vägen för att byta ut ISS-batterierna. EVA:n varade i 6 timmar och 32 minuter. Whitson innehar nu rekordet som den äldsta kvinnliga rymdvandraren och har nu tillsammans med Sunita Williams rekordet för totala antalet rymdpromenader av en kvinna (sju). Efter slutförandet av den sjunde EVA:n blev Whitsons kumulativa EVA-tid 46 timmar och 18 minuter, vilket placerade henne på 13:e plats för total EVA-tid.
Den 24 april 2017 slog Whitson officiellt rekordet för längsta tid i rymden av en NASA-astronaut. Som ett resultat av detta fick hon ett tv-sänt telefonsamtal från Ovala rummet från USA:s president Donald Trump, presidentens dotter Ivanka och astronautkollegan Kathleen Rubins. När hon intervjuades den dagen förklarade hon: ”Det är faktiskt en stor ära att slå ett sådant här rekord, men det är en ära för mig igen att representera alla på NASA.”
Den 12 maj 2017 utförde Whitson sin nionde EVA i karriären tillsammans med Jack Fischer. Efter en kort försening på grund av läckande utrustning bytte de ut en avioniklåda på styrbords fackverk som kallas ExPRESS Logistics Carrier (ELC), en lagringsplattform. Den varade i 4 timmar och 13 minuter och var den 200:e EVA:n som utfördes på ISS.
Den 23 maj 2017 utförde Whitson sin tionde EVA i karriären tillsammans med Fischer. De bytte ut en backup multiplexer-demultiplexerenhet (MDM) som hade gått sönder den 20 maj 2017. Det tog 2 timmar och 46 minuter, vilket gjorde att Whitsons kumulativa EVA-tid blev mer än 60 timmar, vilket placerar henne på tredje plats på listan över mest EVA-tid.
Den 1 juni 2017 lämnade Whitson över befälet över den internationella rymdstationen till Fjodor Yurchikhin, som utsågs till befälhavare för Expedition 52 tills han, Whitson och Jack Fischer återvände till jorden ombord på Sojuz MS-04 i september 2017.
Whitson återvände till jorden den 3 september 2017, efter att ha samlat ihop totalt 665 dagar i rymden under sin karriär. Denna summa var mer tid i rymden än någon annan kvinna i världen och än någon annan amerikan. Hon ligger på åttonde plats på listan över total tid i rymden. Längden på hennes vistelse i rymden under expeditionerna 50/51/52 var 289 dagar, 5 timmar och 1 minut. I juni 2020 var Whitson gäst (tillsammans med två bedragare) i ett avsnitt av ABC-TV To Tell the Truth där Patti LaBelle korrekt valde henne som den astronaut som innehar rekordtiden i rymden.