Fuglesanga pirmais kosmiskais lidojums notika 2006. gada augustā misijā STS-116, esot misijas speciālistam. Veica trīs iziešanas kosmosā.
Otrais lidojums notika 2009. gada augustā — septembrī misijā STS-128. Tās laikā viņš veica divas iziešanas kosmosā ar kopējo ilgumu 13 stundas 40 minūtes.