Od 1 lipca 1993 do 14 stycznia 1994 odbywał swój pierwszy lot kosmiczny jako dowódca statku Sojuz TM-17 i stacji kosmicznej Mir wraz z Aleksandrem Sieriebrowem, Francuzem Jeanem-Pierre Haigneré, Giennadijem Manakowem, Aleksandrem Poleszczukiem, Wiktorem Afanasjewem, Jurijem Usaczowem i Walerijem Polakowem; podczas pobytu na stacji pięć razy wychodził w otwarty kosmos. Spędził wówczas w kosmosie 196 dni, 17 godzin, 45 minut i 22 sekundy.
W lutym 1995 został mianowany zastępcą dowódcy grupy kosmonautów, w kwietniu 1995 został dowódcą drugiej załogi (dublującej) programu 21 Ekspedycji na stację Mir, a w marcu 1996 dowódcą głównej załogi statku w programie 23 Ekspedycji na stację Mir. Od 10 lutego do 18 sierpnia 1997 wykonywał swój drugi lot kosmiczny jako dowódca statku Sojuz TM-25 i stacji Mir wraz z Aleksandrem Łazutkinem; podczas pobytu raz wykonał kosmiczny spacer trwający 19 godzin i 11 minut. Spędził w kosmosie 184 dni, 22 godziny, 7 minut i 40 sekund.
Łącznie spędził w kosmosie 381 dni, 15 godzin, 53 minut i 2 sekundy. 16 grudnia 2004 otrzymał rangę generała porucznika. Ma stopień kandydata nauk technicznych.