Wiosną 2011 był dublerem dowódcy statku Sojuz TMA-21.
Od 14 listopada 2011 do 27 kwietnia 2012 jako dowódca uczestniczył w misji Sojuz TMA-22/Ekspedycja 29/Ekspedycja 30 na Międzynarodową Stację Kosmiczną, trwającej 165 dni, 7 godzin, 31 minut i 34 sekundy. Wykonał wówczas jeden kosmiczny spacer trwający 6 godzin i 15 minut. 11 września 2012 otrzymał honorowe obywatelstwo Sewastopola, a w 2013 miasta Gagarin. 2 listopada 2013 otrzymał tytuł Bohatera Federacji Rosyjskiej.
Od 23 listopada 2014 do 11 czerwca 2015 jako dowódca brał udział w misji Sojuz TMA-15M/Ekspedycja 42/Ekspedycja 43 na Międzynarodową Stację Kosmiczną, trwającej 199 dni, 16 godzin i 42 minuty.
Od 17 grudnia 2017 do 3 czerwca 2018 brał udział w misji Sojuz MS-07 (dowódca)/ (inżynier)/ (dowódca) na Międzynarodową Stację Kosmiczną. W trakcie Ekspedycji 54 odbył swój drugi spacer kosmiczny, trwał on 8 h i 13 min.
Stowarzyszenie Uczestników Lotów Kosmicznych () przyznało mu Universal Astronaut Insignia za lot orbitalny (nr 521).