Первый космический полёт, продолжительностью 11 дней 21 час 31 минута 11 секунд, Юрий Валентинович Лончаков совершил с 19 апреля по 1 мая 2001 года в качестве специалиста полёта американского корабля "Endeavour" (STS-100) по программе развертывания МКС.

Второй полёт в космос, продолжительностью 10 дней 20 часов 53 минуты 9 секунд, Лончаков Ю.А. осуществил в качестве бортинженера российского транспортного пилотируемого корабля (ТПК) "Союз ТМ-А" вместе с Сергеем Залётиным и Франком Де Винне с 30 октября по 10 ноября 2002 года по программе 4-й экспедиции посещения МКС. Осуществив необходимые исследования и испытания возвратился на Землю на ТПК "Союз ТМ-34".

С ноября 2003 года Юрий Валентинович Лончаков занимает пост командира отряда космонавтов ЦПК имени Ю.А. Гагарина.

В третий раз Юрий Лончаков отправился в космос 12 октября 2008 года в качестве командира корабля «Союз ТМА-13» и бортинженера 18-й основной экспедиции МКС вместе с Майклом Финком и Ричардом Гэрриотом.

Во время полёта выполнил два выхода в открытый космос общей продолжительностью 10 часов 45 минут. Космонавтами была смонтирована и установлена аппаратура для выполнения научных экспериментов.

8 апреля 2009 года спускаемый аппарат корабля «Союз ТМА-13» с Ю. Лончаковым, М. Финком и Ч. Симони приземлился на территории Казахстана северо-восточнее Джезказгана.

Продолжительность полёта Юрия Лончакова составила 178 суток 0 часов 14 минут 27 секунд.

За успешное осуществление космических полётов Ю.В. Лончаков был удостоен звания Героя России.

Руководство Центра подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина, отряд космонавтов, сотрудники ЦПК поздравляют Героя России, лётчика-космонавта РФ, командира отряда космонавтов Юрия Валентиновича Лончакова с Днем рождения и желают ему крепкого здоровья, семейного благополучия, счастья и успехов в профессиональной деятельности!