С 30 октября по 10 ноября 2002 года. Старт на корабле «Союз ТМА-1», посадка на корабле «Союз ТМ-34» в качестве бортинженера-1 вместе с командиром Сергеем Залётиным и бортинженером-2 Юрием Лончаковым. В ходе полёта выполнял эксперименты по программе Odissea.

1 ноября 2002 года корабль «Союз ТМА-1» состыковался с МКC, где в это время работал экипаж 5-й экспедиции (Владимир Корзун, Михаил Трещёв и Пегги Уитсон). Произведена замена корабля - спасателя. 10 ноября произведена расстыковка станции и корабля «Союз ТМ-34», и в тот же день космонавты возвратились на Землю.

Продолжительность полета составила 10 суток 20 часов 53 минуты 9 секунд.

Стартовал 27 мая 2009 года в качестве бортинженера корабля «Союз ТМА-15», бортинженера-5 20-й и командира 21-й основных экспедиций МКС вместе с командиром КК Романом Романенко и бортинженером-2 КК Робертом Тирском. 29 мая 2009 года корабль успешно состыковался с МКС.
9 октября 2009 года на официальной церемонии передачи смены получил командирские полномочия от возглавлявшего экипаж МКС с марта 2009 года астронавта Роскосмоса Геннадия Падалки.
1 декабря 2009 года ТПК «Союз ТМА-15» отстыковался от МКС и в тот же день совершил успешную посадку.

Продолжительность полета составила .