В 1990 году Крикалев готовился к своему второму полету как член дублирующего экипажа для восьмой долговременной экспедиции на станцию «Мир». В декабре 1990 Крикалев начал подготовку к участию в девятой экспедиции на станцию «Мир». Союз ТМ-12 запущен 18 мая 1991 года с командиром Анатолием Павловичем Арцебарским, бортинженером Крикалевым и британской женщиной-космонавтом Хелен Шарман. Через неделю Шарман вернулась на Землю с предыдущим экипажем, а Крикалев и Арцебарский остались на «Мире». За лето осуществили шесть выходов в открытый космос, при этом провели многочисленные научные эксперименты, а также работы по обслуживанию станции.
По плану возвращение Крикалева должно было произойти через пять месяцев, но в июле 1991 Крикалев согласился остаться на станции «Мир» в качестве бортинженера с другим экипажем, который должен прибыть в октябре. Этот полет интересен тем, что космонавты улетали из СССР, а вернулись уже в Россию: во время их полета Советский Союз прекратил существование. Продолжительность полета составила 311 суток 20 ч 00 мин 34 с.