W czerwcu Romanienko, Kornijenko oraz Gregory Chamitoff zostali dublerami 15 stałej załogi ISS. 2007 – w sierpniu został przydzielony do podstawowej załogi 21 ekspedycji na Międzynarodową Stację Kosmiczną, która na pokładzie Sojuza TMA-15 miała wyruszyć w kosmos we wrześniu 2009. 2008 – w listopadzie jego nazwisko znalazło się w oficjalnie ogłoszonym składzie podstawowej załogi Ekspedycji 20, której przycumowanie do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na pokładzie Sojuza TMA-15 zaplanowano na maj 2009. Romanienko został dowódcą statku SojuzKomunikat NASA o składzie załogi Ekspedycji 20 na ISS.. 2009 – 27 maja wystartował do swojego pierwszego lotu kosmicznego jako dowódca belgijsko-kanadyjsko-rosyjskiej załogi statku Sojuz TMA-15, lot zakończył się 1 grudnia 2009. 2012 – 19 grudnia – wystartował do swojego drugiego lotu kosmicznego jako dowódca amerykańsko-kanadyjsko-rosyjskiej załogi statku Sojuz TMA-07M, 19 kwietnia 2013 wyszedł w otwartą przestrzeń kosmiczną, a lot zakończył się 14 maja 2013.