W listopadzie został wyznaczony przez NASA do składu załogi lotu STS-126. 2008 – w dniach 15–30 listopada na pokładzie wahadłowca Endeavour uczestniczył w misji STS-126. 2010 – 14 maja na pokładzie wahadłowca Atlantis wystartował do misji STS-132. 2011 – od 24 lutego do 9 marca na pokładzie wahadłowca Discovery uczestniczył w misji STS-133. W trakcie tych trzech lotów kosmicznych Bowen odbył siedem spacerów kosmicznych, łącznie spędził 47 godzin i 18 minut w otwartej przestrzeni kosmicznej.
Nagrody i odznaczenia Defense Meritorious Service Medal Meritorious Service Medal Navy Commendation Medal – trzykrotnie Navy Achievement Medal – dwukrotnie Universal Astronaut Insignia za lot orbitalny (nr 485) – Stowarzyszenie Uczestników Lotów Kosmicznych ()