W 1980 została przyjęta do oddziału kosmonautów, do żeńskiej grupy kosmonautów nr 2. Po szkoleniu uzyskała kwalifikacje instruktora kosmonauty-badacza 2. klasy. Pierwszy lot kosmiczny odbyła na statku Sojuz T-7 i stacji kosmicznej Salut 7 w dniach 19–27 sierpnia 1982. Trwał on 7 dób 21 godzin 52 minuty i 24 sekundy, przy czym załoga stacji wykonywała eksperymenty badawcze.
thumb|Znaczek wydany dla uhonorowania pierwszej kobiety w otwartej przestrzeni kosmicznej W dniach 17–29 lipca 1984 Sawicka odbyła drugi lot w kosmos na statku Sojuz T-12 i stacji Salut-7 jako inżynier pokładowy, trwał on 11 dób, 19 godzin, 14 minut i 36 sekund. 25 lipca 1984 jako pierwsza kobieta Sawicka wyszła w otwartą przestrzeń kosmiczną, przebywając tam 3 godziny 35 minut.
Po zakończeniu służby w oddziale kosmonautów, w latach 1992–1995 Sawicka pracowała naukowo jako docent Moskiewskiego Państwowego Instytutu Lotnictwa. Od 1989 zajmowała się też działalnością polityczną – była deputowanym ludowym ZSRR i członkiem Rady Najwyższej ZSRR. Od 1995 jest deputowaną do Dumy Państwowej Rosji (drugiej, trzeciej i czwartej kadencji), w składzie frakcji partii komunistycznej.