Dlouhodobá Expedice 24 na ISS vznikla 02.06.2010 po odletu Sojuzu TMA-17 od stanice a trvala až do odletu Sojuzu TMA-18 od ISS (25.09.2010).

V první fázi byla posádka jen trojčlenná (Skvorcov, Kornijenko, Caldwell-Dysonová).

V polovině června 2010 se k Expedici 24 připojila posádka Sojuzu TMA-19 (Jurčichin, Wheelock, Walkerová). Start Sojuzu TMA-19 z Bajkonuru se uskutečnil 15.06.2010 ve 23:35 SELČ. Po dvou dnech letu se pak Sojuz TMA-19 spojil se stanicí ISS.

V pondělí 28.06.2010 kosmonauti s lodí Sojuz TMA-19 přeletěli z modulu Zvezda na modul Rassvet, aby tak uvolnili stykovací uzel, vhodný pro připojení nákladní lodi Progress M-06M (ta odstartovala z Bajkonuru 30.06.2010 a k ISS se připojila až na druhý pokus po dvoudenním odkladu dne 04.07.2010).

V úterý 27.07.2010 provedli Jurčichin a Kornijenko plánovaný výstup do kosmu (VKD-25). Vnější průlez přechodové komory modulu Pirs byl otevřen v 6:11 SELČ. Kosmonauti postupně vyměnili jednu kameru na modulu Zvezda pro sledování příletů lodí ATV, propojili datovou kabeláž mezi modulem Rassvet a moduly Zvezda a Zarja, a také propojili kabely pro plnou aktivaci setkávacího systému KURS na modulu Rassvet. Na závěr výstupu ještě odhodili starou ATV kameru (demontovanou na začátku výstupu) do kosmu, protože byla obava, že vnější izolace kamery je poškozená a kosmonauti by mohli do ISS zanést malé ostré částice, nebezpečné pro dýchání). Výstup VKD-25 skončil ve 12:53 SELČ, takže trval 6 hodin a 42 minut.

V sobotu 31.07.2010 došlo na palubě ISS k havárii chladicího systému. Ve 23:49 UT vypadl dálkově ovládaný jistič RPC-1 v pojistkové skříni RPCM (Remote Power Controller Module) S11A-D. Jistič chrání elektromotor čerpadla, které prohání chladicí médium (amoniak) smyčkou A a radiátory, připojenými k pravoboční části S1 hlavního příhradového nosníku stanice. Vypadl tedy jeden ze dvou chladicích okruhů stanice. Brzy bylo zjištěno, že jistič nelze znovu nahodit, zřejmě kvůli zkratu v elektrickém obvodu čerpadla. Protože staníce se začala přehřívat, bylo nutno odpojit řadu nekritických systémůl a energeticky náročných experimentů.

Bylo rozhodnuto, že blok čerpadla musí být co nejdříve vyměněn při výstupu do kosmu. Naštěstí byl náhradní blok uskladněn na povrchu stanice a také posádka byla připravena na plánovaný výstup, při kterém měli namontovat na povrch ruského modulu Zarja další kotvicí zařízení pro kanadský robotický manipulátor SSRMS, aby zvětšili jeho akční radius při montážích nových ruských modulů, které v nejbližších pěti létech měly být připojeny ke stanici.

Náplň práce v kosmu tedy byla přeplánována a celá výměna čerpadla byla rozdělena do několika výstupů.

První opravářský výstup do kosmu (ISS EVA-15) uskutečnili Caldwell-Dysonová a Wheelock v sobotu 07.08.2010 od 13:19 SELČ. Podařilo se jim rozpojit 3 ze 4 rychlospojek hadic pro kapalný amoniak, ale u spojky M3 nejprve zaznamenali únik amoniaku a poté měli problémy s jejím rozpojením, což způsobilo velký časový skluz výstupu. Za použití kladiva se jin nakonec podařilo spojku povolit, ale řídicí středisko rozhodlo, že mají hadici nechat zapojenu, aby byl čas na důkladné vyhodnocení situace a také na bezpečnou dekontaminaci skafandrů po úniku amoniaku. Kosmonauti tak museli práci ukončit a po zajištění pracoviště se vrátili do přechodové komory modulu Quest. Výstup oficiálně skončil ve 21:22 SELČ a trval tedy 8 hodin a 3 minuty. Původně bylo v plánu během tohoto výstupu ještě odpojit elektrickou kabeláž a vyměnit blok čepadla za nový (bez zpětného zapojování hadic a kabeláže). Tyto práce ale musely být odloženy. Výsledkem nedodělků bylo i to, že celá výměna čerpadla musela být rozdělena do celkem tří výstupů do kosmu.

Ve výměně čerpadla Caldwell-Dysonová a Wheelock pokračovali při druhém výstupu do kosmu (ISS EVA-16) ve středu 11.08.2010 od 14:27 SELČ. Tentokrát se podařilo poslední hadici M3 odpojit poměrně rychle a bez úniku amoniaku, takže pak už bylo možno odpojit elektrické a datové kabely a staré čerpadlo demontovat z S1 a "uskladnit ho" na držáku u mobilní základny MBS (Mobile Base System). Před koncem výstupu kosmonauti ještě stihli částečně připravit náhradní čerpadlo (umístěné na plošině ESP-2) k přenesení a montáži na S1 při další EVA. Výstup ISS EVA-16 trval 7 hodin a 26 minut (skončil ve 21:53 SELČ)

Zbývající práce při instalaci náhradního čerpadla dokončili Caldwell-Dysonová a Wheelock v pondělí 16.08.2010 v době od 12:20 do 19:40 SELČ. Během 7 hodin a 20 minut výstupu ISS EVA-17 kosmonauti úspěšně přenesli blok čerpadla z plošiny ESP-2, namontovali ho na nosník ITS-S1 a propojili všechny potřebné hadice a kabely. Vyřazená chladicí smyčka termoregulačního systému stanice tak byla připravena k opětnému zprovoznění. K tomu došlo během několika následujících dní.

Přistání lodi Sojuz TMA-18 (s posádkou Skvorcov, Kornijenko, Caldwell-Dysonová) muselo být o jeden den odloženo kvůli řešení problému s vadným snímačem, který hlásil chybné údaje o uzavření poutacích zámků. Vadný senzor byl elektricky přemostěn a tím byl umožněn odlet Sojuzu. Sojuz TMA-18 s posádkou bezpečně přistál v Kazachstánu 25.09.2010 v 7:23 SELČ.