Kariera tajkonauty W styczniu 1998 został wybrany do pierwszej grupy chińskich tajkonautów (Chiny grupa 1). Kandydowało do niej ponad 1500 pilotów wojskowych. Latem 2003 został wybrany do grupy trzech tajkonautów, którzy przygotowywali się bezpośrednio do pierwszego chińskiego załogowego lotu w kosmos na pokładzie statku Shenzhou 5. 14 października 2003 – podczas posiedzenia komisji państwowej został rezerwowym (trzecim w kolejności) tajkonautą misji Shenzhou 5. Od czerwca 2005 znajdował się w grupie 6 kandydatów przygotowujących się do lotu na pokładzie statku Shenzhou 6. Razem z nim trenował Fei Junlong. Krótko przed zaplanowanym startem właśnie oni zostali wyznaczeni do lotu jako załoga podstawowa. W dniach 12–16 października 2005 odbył lot kosmiczny na pokładzie statku kosmicznego Shenzhou 6. W 2008 należał do załogi rezerwowej misji Shenzhou 7. W dniach 16–29 czerwca 2012 był dublerem dowódcy statku kosmicznego Shenzhou 9. W dniach 11–26 czerwca 2013 odbył lot kosmiczny jako dowódca statku kosmicznego Shenzhou 10.
Jest rekordzistą Chin w łącznym czasie pobytu w kosmosie.
Na jego cześć została nazwana planetoida (9517) Niehaisheng.