Później był oddelegowany do Wydziału Eksploatacji Wahadłowców (Shuttle Operations Branch). 2007 – 24 marca został jako pilot przydzielony do załogi przygotowywanej do lotu STS-124. 2008 – 31 maja rozpoczął swój pierwszy lot kosmiczny na pokładzie promu Discovery (STS-124). Podczas tej wyprawy do japońskiego modułu Kibō zostały dołączone kolejne jego części. 2010 – 14 maja na pokładzie wahadłowca Atlantis wystartował do swojej drugiej misji (STS-132). Wahadłowiec dostarczył na stację ISS moduł Rasswiet. 2012 – w czerwcu opuścił korpus astronautów NASA.
Stowarzyszenie Uczestników Lotów Kosmicznych () przyznało mu Universal Astronaut Insignia za lot orbitalny (nr 475).
Wykaz lotów Loty kosmiczne, w których uczestniczył Kenneth T. Ham № Data startu Statek kosmiczny Data lądowania Statek kosmiczny Funkcja Czas trwania 1 31 maja 2008STS-124DiscoveryF-3514 czerwca 2008STS-124DiscoveryF-35Pilot misji13 dni 18 godzin 13 minut i 7 sekund 2 14 maja 2010 STS-132AtlantisF-32 26 maja 2010 STS-132AtlantisF-32 Dowódca misji 11 dni 18 godzin 28 minut i 2 sekundyŁączny czas spędzony w kosmosie — 25 dni 12 godzin 41 minut i 9 sekund