Od października 2009 brał udział w treningach na małym module doświadczalnym, w styczniu 2010 został włączony do głównej załogi 29 Ekspedycji na Międzynarodową Stację Kosmiczną, 14 grudnia 2010 został dowódcą rezerwowej załogi statku Sojuz TMA-20, podczas startu którego 15 grudnia 2010 był dublerem dowódcy statku.
Od 14 listopada 2011 do 27 kwietnia 2012 odbywał swój pierwszy lot kosmiczny jako dowódca statku Sojuz TMA-22 i inżynier pokładowy 29 i 30 Ekspedycji na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej; spędził wówczas w kosmosie 165 dni, 7 godzin, 31 minut i 31 sekund.
Swój drugi lot odbył w dniach 7 lipca – 30 października 2016. Był dowódcą statku Sojuz MS-01. Wszedł w skład 48 Ekspedycji (jako inżynier pokładowy) i 49 Ekspedycji (jako dowódca) na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Trzeci lot odbył jako dowódca statku Sojuz MS-16.