Сам выход в открытый космос начался в 21.00 по уральскому времени. Наши космонавты вышли из стыковочного люка и направились в сторону «Союза» по «стреле» – особому крану-манипулятору для грузовых работ в космосе. Потом они перешли на другую стрелу. При подходе к кораблю, у космонавтов возник вопрос, как лучше зафиксировать Олега Кононенко. Дело в том, что на поверхности «Союза» нет специальных поручней, за которые космонавты могут держаться во время работы. Поэтому Кононенко закрепился на «якоре» – малоподвижной платформе на конце стрелы. По плану, Сергею Прокопьеву отводилась роль оператора стрелы, но позже в следственном эксперименте задействовали и его: он подавал инструменты своему напарнику и упаковывал в специальный контейнер взятые пробы.
Олег Кононенко долго не мог подойти к нужному месту, но вскоре нашёл точку опоры и приступил к работе. Сначала он с помощью резака вспорол термовакуумную изоляцию, потом ножницами по металлу разрезал три слоя микрометеоритной защиты. Под ними он и обнаружил дыру в бортовой панели. Сергей смотрел на всё это с болью в сердце, о чём сразу сообщил в ЦУП. 20 декабря именно на этом «Союзе» он отправится домой. Но в РКК «Энергия» отметили, что космонавт полетит в спускаемом отсеке корабля, а не в бытовом, поэтому переживать не о чем.
Во время обследования дыры Олег Кононенко взял пробы заусенцев из отверстия с помощью медицинского зажима и собрал образцы материалов вокруг него, используя наждак. В конце этой уникальной миссии он сделал соскоб с поверхности микрометеоритной защиты. При этом рядом с дырой космонавт заметил мелкие жёлто-чёрные пятна, природа которых остаётся пока непонятной.
Полученные образцы доставит на Землю Сергей Прокопьев. Их изучением, по словам Дмитрия Рогозина, займутся компетентные органы совместно со специалистами Роскосмоса и инженерами РКК «Энергия». Пробы пройдут ряд экспертиз, после которых следователи смогут однозначно ответить на вопрос, как появилось отверстие на «Союзе». Результаты их работы будут озвучены в следующем году.