เขาได้รับการคัดเลือกจากNASAให้เป็นนักบินอวกาศในปี 1980 และเป็นสมาชิกคนแรกของกลุ่มนักบินอวกาศ NASA กลุ่มที่ 9ที่ได้เดินทางไปในอวกาศ หลังจากการบินครั้งแรก ลีสต์มาได้ทำหน้าที่เป็นผู้สื่อสารภายในแคปซูล ( CAPCOM ) สำหรับภารกิจ STS-51-CถึงSTS-61-Aจากนั้นเขาได้รับมอบหมายให้เป็นหัวหน้าสาขาการพัฒนาภารกิจ ซึ่งรับผิดชอบในการประเมินข้อกำหนดการบูรณาการการปฏิบัติงานของอุปกรณ์ที่จะบินไปกับกระสวยอวกาศตั้งแต่เดือนกุมภาพันธ์ 1990 ถึงเดือนกันยายน 1991 เมื่อเขาเริ่มฝึกฝนสำหรับภารกิจอวกาศครั้งที่สาม ลีสต์มาดำรงตำแหน่งรองผู้อำนวยการฝ่ายปฏิบัติการลูกเรือบิน หลังจากการบินครั้งนี้ เขาได้ดำรงตำแหน่งรองหัวหน้าและรักษาการหัวหน้าสำนักงานนักบินอวกาศลีสต์มาได้รับการคัดเลือกให้เป็นผู้อำนวยการฝ่ายปฏิบัติการลูกเรือบินในเดือนพฤศจิกายน 1992 ในฐานะผู้อำนวยการ FCOD เขามีความรับผิดชอบโดยรวมสำหรับสำนักงานนักบินอวกาศและสำหรับ การปฏิบัติการอากาศยาน ของศูนย์อวกาศจอห์นสัน (JSC) ในช่วงที่เขาดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการ มีการบินกระสวยอวกาศ 41 เที่ยวบินและ ภารกิจ Mir 7 ภารกิจที่ประสบความสำเร็จ เขาเป็นผู้รับผิดชอบในการคัดเลือกนักบินอวกาศกลุ่มที่ 15 , 16และ17ในขณะดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการ เขาดูแลความต้องการ การพัฒนา และการปรับปรุงระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินของเครื่องบินT-38Aไปสู่ ​​T-38N ในเดือนกันยายน ปี 1998 ลีสต์มาได้รับการแต่งตั้งใหม่เป็นรองผู้อำนวยการฝ่ายวิศวกรรม รับผิดชอบการจัดการโครงการอุปกรณ์ที่รัฐบาลจัดหาให้ (GFE) ของศูนย์อวกาศจอห์นสัน ในเดือนสิงหาคม ปี 2001 เขาได้รับมอบหมายให้เป็นผู้จัดการโครงการ JSC สำหรับโครงการริเริ่มการปล่อยจรวดอวกาศ รับผิดชอบงานทั้งหมดของ JSC ที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาระบบปล่อยจรวดใหม่ ปัจจุบัน ลีสต์มาดำรงตำแหน่งผู้ช่วยผู้จัดการโครงการสำหรับโครงการเครื่องบินอวกาศโคจรรับผิดชอบระบบยานและปฏิบัติการของยานอวกาศที่มีลูกเรือลำใหม่ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นยานขนส่งสำหรับลูกเรือการบินอวกาศไปและกลับจากสถานีอวกาศนานาชาติ

ลีสต์มาเป็นผู้มีประสบการณ์ในการบินอวกาศถึงสามครั้ง โดยมีเวลาอยู่ในอวกาศรวมทั้งสิ้น 532.7 ชั่วโมง เขาเป็นผู้เชี่ยวชาญภารกิจใน STS-41-G (5–13 ตุลาคม 1984), STS-28 (8–13 สิงหาคม 1989) และ STS-45 (24 มีนาคม ถึง 2 เมษายน 1992) ^{[ 4 ] [ 5 ]}

ยานอวกาศ STS-41-G Challengerถูกปล่อยจากศูนย์อวกาศเคนเนดีรัฐฟลอริดาเมื่อวันที่ 5 ตุลาคม พ.ศ. 2527 นับเป็นเที่ยวบินที่หกของยานอวกาศChallengerและเที่ยวบินที่สิบสามของระบบกระสวยอวกาศ ลูกเรือเจ็ดคนประกอบด้วยผู้เชี่ยวชาญด้านภารกิจสองคน ได้แก่ หนึ่งคนจากแคนาดา และนักสมุทรศาสตร์ จากกองทัพเรือหนึ่งคน ในระหว่างภารกิจ ลูกเรือได้ปล่อยดาวเทียม ERBS โดยใช้ระบบควบคุมระยะไกล (RMS) ปฏิบัติการกับภารกิจ OSTA-3 (รวมถึง เรดาร์ SIR-B , การทดลอง FILE และ MAPS) และกล้องขนาดใหญ่ (LFC) สาธิตการเติมเชื้อเพลิงดาวเทียมโดยใช้ เชื้อเพลิงไฮดรา ซีนด้วยระบบเติมเชื้อเพลิงวงโคจร (ORS) และทำการทดลองในห้องโดยสารจำนวนมาก รวมถึงการเปิดใช้งานกระป๋อง "Getaway Special" แปดกระป๋อง เดฟ ลีสต์มา และแคธรีน ซัลลิแวนประสบความสำเร็จในการปฏิบัติภารกิจนอกยานอวกาศ (EVA) เป็นเวลา 3 ชั่วโมงครึ่ง เพื่อสาธิตความเป็นไปได้ของการเติมเชื้อเพลิงดาวเทียมจริง^{[ 6 ]}

ยาน อวกาศ STS-28 โคลัมเบียถูกปล่อยจากศูนย์อวกาศเคนเนดี รัฐฟลอริดา เมื่อวันที่ 8 สิงหาคม 1989 ภารกิจนี้ บรรทุกสัมภาระ ของกระทรวงกลาโหมและสัมภาระรองอีกจำนวนหนึ่ง หลังจากโคจรรอบโลก 80 รอบ ภารกิจห้าวันนี้สิ้นสุดลงด้วยการลงจอดบนพื้นทะเลสาบ บนรันเวย์ 17 ที่ฐานทัพอากาศเอ็ดเวิร์ดส์รัฐแคลิฟอร์เนีย เมื่อวันที่ 13 สิงหาคม 1989

ยานอวกาศ STS-45 Atlantisถูกปล่อยจากศูนย์อวกาศเคนเนดี รัฐฟลอริดา เมื่อวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2535 ในระหว่างภารกิจเก้าวัน ลูกเรือได้ดำเนินการทดลอง 12 อย่างที่ประกอบเป็นสินค้า ATLAS-1 (Atmospheric Laboratory for Applications and Science) ATLAS-1 ได้รับการวัดคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของบรรยากาศอย่างละเอียดมากมาย ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศและบรรยากาศได้อย่างมาก STS-45 ลงจอดเมื่อวันที่ 2 เมษายน พ.ศ. 2535 บนรันเวย์ 33 ที่ศูนย์อวกาศเคนเนดี รัฐฟลอริดา หลังจากโคจรรอบโลกครบ 142 รอบ^{[ 7 ]}