Второй полёт в качестве командира ТПК «Союз ТМА-02М» и бортинженера МКС-28/29 (7 июня - 22 ноября 2011 года) Сергей Волков совершил вместе с астронавтами Майклом Фоссумом (НАСА) и Сатоши Фурукавой (ДжАКСА), в ходе которого выполнил выход в открытый космос.

За образцовое выполнение двух пилотируемых космических полётов особой сложности по программе Международной космической станции (МКС), а также реализацию в полном объёме программы полётов Сергею Александровичу присвоена квалификация космонавта 1-го класса.

В третью космическую командировку Сергей Волков отправился 2 сентября 2015 года в качестве командира ТПК «Союз ТМА-18М» и бортинженера МКС-45/46. В ходе полёта он выполнил работу с транспортными грузовыми  и транспортными пилотируемыми кораблями. В период деятельности на борту МКС провёл множество научно-прикладных исследований и экспериментов, ремонтно-восстановительные работы бортовых систем, выполнил бортовые фото-, видеосъёмки, а также подготовил корабль «Союз ТМА-18М» к возвращению с орбиты. В ходе полёта космонавт выполнил один выход в открытый космос продолжительностью 4 часа 43 минуты. В общей сложности за три полёта Сергей Александрович пробыл в открытом космосе 23 часа 20 минут. 

2 марта 2016 года экипаж корабля «Союз ТМА-18М» в составе Сергея Волкова, Михаила Корниенко и Скотта Келли благополучно вернулся на Землю.  Продолжительность полета С.А. Волкова составила 181 сутки 23 часа 47 минут.

ВИДЕОБИОГРАФИЯ КОСМОНАВТА: