Tháng 12 năm 1990 Krikalev bắt đầu chuẩn bị tham gia vào chuyến thám hiểm lần thứ 9 lên trạm Mir “Hòa bình”. “Soyuz TM-12” đã được ra mắt vào ngày 19.5/1991 với chỉ huy Anatoli Pavlovich Arsebarski, kỹ sư Krikalev và nữ phi hành gia người Anh Helen Sharman.
Một tuần sau Sharman trở lại Trái đất với phi hành đoàn trước đó, còn Krikalev và Arsebarski ở lại trên trạm “Hòa bình”. Suốt mùa hè họ đã thực hiện được 6 chuyến bay vào vũ trụ mở để tiến hành nhiều thí nghiệm khoa học cũng như công việc bảo trì trạm vũ trụ.
Trước chuyến bay thứ hai vào tháng 5 năm 1991, Sergey Krikalev đã không thể tưởng tượng được rằng các sự kiện trên Trái đất đã biến anh trở thành người “bị bỏ quên trên vũ trụ”. Vào ngày 19 tháng 5 năm 1991, trong thành phần của phi hành đoàn “Soyuz TM-12” anh được phóng tới trạm quỹ đạo Hòa bình.
Phi hành đoàn của đoàn thám hiểm không gian đã hoàn thành xuất sắc mọi nhiệm vụ bay và chuẩn bị trở về nhà. Nhưng các sự kiện trong tháng 8 năm 1991 đã làm thay đổi mọi sự.
Sự sụp đổ của Liên bang Xô viết đã kéo theo một loạt sự thay đổi tai hại đối với nước này. Ngân sách dành cho chương trình vũ trụ đã bị giảm xuống đáng kể, trong khi những cam kết với các quốc gia khác vẫn còn. Theo chương trình hợp tác quốc tế, các phi hành gia từ Áo và Kazakhstan cần phải được đưa lên vũ trụ.
S.Krikalev trên Trạm vũ trụ Quốc tế năm 2005.
Theo kế hoạch, họ sẽ có mặt trong thành phần của các phi hành đoàn khác nhau. Thế nhưng tại thời điểm đó đã không có tiền cho việc tạo lập hai tàu vũ trụ. Quyết định hợp nhất các chuyến bay đã được đưa ra và một con tàu vũ trụ đã được gửi lên quỹ đạo mà trên tàu đã không đủ chỗ để cho tất cả mọi người trở về Trái đất.
Krikalev đành phải ở lại trạm quỹ đạo Hòa bình cho đến khi có chuyến bay tiếp theo của con tàu vũ trụ khác tới. Thay vì công việc đã được lên kế hoạch trong 5 tháng trong vũ trụ, anh đã phải làm việc trên quỹ đạo vũ trụ thêm gần nửa năm (tất cả là gần một năm).
Nói chung, phi hành gia nổi tiếng Xô viết đã phải ở lại trong vũ trụ bởi đất nước đang sụp đổ nhanh chóng và không thể đảm bảo cho “Robinson trên vũ trụ” có cơ hội trở về.
S.Krikalev trong một buổi tập huấn năm 2004.
Krikalev đã khởi bay từ Liên bang Xô viết, và mãi đến tháng 3 năm 1992 mới trở về Nga. Sau chuyến bay này Sergey Krikalev là người đầu tiên trong số các phi hành gia được nhận danh hiệu Anh hùng nước Nga và được trao huy chương “Sao vàng” N01”.
Vào tháng 10 năm 1992 ban lãnh đạo NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa kỳ) đã tuyên bố rằng một phi hành gia Nga có kinh nghiệm của các chuyến bay vũ trụ sẽ bay trên tàu vũ trụ con thoi của Mỹ. Krikalev trở thành một trong hai ứng cử viên được hãng hàng không vũ trụ Nga gửi đi đào tạo huấn luyện cùng với phi hành đoàn STS-60.
Krikalev đã tham gia vào chuyến bay STS-60 là chuyến bay chung Mỹ-Nga đầu tiên trên tàu vũ trụ tái sử dụng (tàu con thoi Discovery). Chuyến bay STS-60 bắt đầu vào ngày 3.2/1994 là chuyến bay thứ hai với mô-đun Spacehab và là chuyến bay đầu tiên với thiết bị WSF (Wake Shield Base).
Sau khi thực hiện 130 lượt và bay 5.486.215km, tàu vũ trụ Discovery đã hạ cánh tại Trung tâm vũ trụ Kennedy (Florida) vào ngày 11.2/1994. Krikalev trở thành phi hành gia người Nga đầu tiên lái tàu con thoi của Mỹ.
Trong chuyến bay với tàu vũ trụ của Mỹ, một trường hợp bất ngờ đã xảy ra: các thiết bị điện tử hỗ trợ sự sống và ống dẫn khí đã gặp sự cố. Bất chấp sự phản đối từ phía Mỹ và lời đề nghị chờ con tàu dự phòng từ Trái đất, nhà du hành vũ trụ người Nga đã tìm cách phục hồi và khởi động lại các thiết bị của tàu con thoi. Điều này đã gây ra sự phấn khích cực kỳ bất ngờ ở cả phía Mỹ và Nga.
Sau chuyến bay STS-60, Krikalev trở lại làm việc tại Nga. Ông định kỳ đi công tác đến Trung tâm vũ trụ Lindon Johnson ở Houston để làm việc tại Trung tâm điều khiển nhiệm vụ với Dịch vụ tìm kiếm và cứu hộ trong các chuyến bay giữa Mỹ và Nga.
Cụ thể là ông đã tham gia hỗ trợ mặt đất cho các chuyến bay STS-63, STS-71, STS-74, STS-76. Krikalev được gửi tới phi hành đoàn đầu tiên của Trạm vũ trụ quốc tế và vào tháng 12 năm 1998 là người đầu tiên bay trên tàu ISS trên tàu con thoi Endeavour với nhiệm vụ ngắn hạn.
Krikalev được biết đến và ngưỡng mộ trên toàn thế giới. Tại một số quốc gia có cả bảo tàng riêng dành cho phi hành gia người Nga. Năm 1998 đạo diễn người Mỹ Michael Bay đã quay bộ phim “Armadeddon”, trong đó đại tá vũ trụ người Nga Lev Andropov được chiếu dưới dạng biếm họa, đã sống một mình trên trạm vũ trụ. Dĩ nhiên, Krikalev không phải là tên của nhân vật chính, nhưng có quá nhiều sự trùng hợp.
Hiện nay, Sergey Krikalev với tư cách là phó tổng giám đốc đầu tiên làm việc tại Viện nghiên cứu khoa học chế tạo cơ khí trung tâm” về các chương trình có người lái. Ông là nhà du hành vũ trụ nổi tiếng nhất thế giới sau Yuri Gagarin.