23 sierpnia 1976 został przyjęty do oddziału kosmonautów. Od września 1976 do lipca 1977 studiował w szkole pilotów doświadczalnych w Achtubinsku, został bowiem wyznaczony do pilotowania w przyszłości wahadłowców programu Buran. Następnie przeszedł szkolenie spadochronowe i nurkowe. Od października 1977 do września 1978 przechodził cykl ogólnych przygotowań do lotu w kosmos. Po jego ukończeniu uzyskał tytuł kosmonauty-badacza. Od lutego 1979 do czerwca 1981 przechodził szkolenie uzupełniające w wojskowej szkole lotniczo-badawczej w Achtubinsku (ГКНИИ ВВС).
W swój pierwszy lot w kosmos wystartował 7 czerwca 1988 statkiem Sojuz TM-5. Była to radziecko-bułgarska misja wizytująca na stacji kosmicznej Mir, zorganizowana w ramach programu Interkosmos. Kosmonauci wrócili na Ziemię w kapsule lądującej Sojuza TM-4 po niespełna 10 dniach lotu.
Swój drugi lot odbył w dniach 11 lutego – 9 sierpnia 1990. Wszedł w skład 6. stałej ekspedycji na stację kosmiczną Mir jako jej dowódca. Na stację poleciał statkiem Sojuz TM-9, zaś wrócił w jego kapsule lądującej.
W kolejną misję wyruszył statkiem Sojuz TM-15 27 lipca 1992. Został dowódcą 12. stałej ekspedycji na stację kosmiczną Mir.