В 1985 году был зачислен в отряд советских космонавтов (1985 Группа "БОР" № 2). Прошел полный курс общекосмической подготовки. До 1987 года проходил подготовку по программе военного использования кораблей многоразового использования, а с 1987 года, после закрытия программы, готовился к полетам к полетам на космических кораблях типа "Союз ТМ" и орбитальной станции "Мир". В 1987 году без отрыва от основной работы в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А.Гагарина закончил вечерний факультет Московского авиационного института имени Серго Орджоникидзе. В декабре 1990 года возглавлял дублирующий советско-японский экипаж космического корабля "Союз ТМ-11".
18 мая 1991 года вместе с советским космонавтом Сергеем Константиновичем КРИКАЛЕВЫМ и англичанкой Helen SHARMAN стартовал в космос в качестве командира космического корабля "Союз ТМ-12". В течение 142 дней работал на борту орбитального комплекса "Мир". 10 октября 1991 года возвратился на Землю вместе с казахским космонавтом Токтаром Онгарбаевичем АУБАКИРОВЫМ и австрийцем Franc VIEHBOCK. Продолжительность пребывания в космосе составила 144 дня 15 часов 22 минуты.
После полета продолжал готовиться в ЦПК имени Ю.А.Гагарина. В 1993 году покинул группу космонавтов ЦПК и перешел в группу космонавтов Российской Академии наук, одновременно став советником Центра программных исследований РАН. На следующий год возвратился в группу космонавтов ЦПК. В 1996 году закончил Военную академию Генерального штаба и в настоящее время служит в Главном штабе ВВС РФ, занимается вопросами орбитальных и многоразовых авиационно-космических комплексов.
Награжден советскими и российскими правительственными наградами.
Женат, имеет двух сыновей.