1982年8月19日，蘇聯發射“聯盟”T-7號飛船，薩維茨卡婭和指令長波波夫、隨船工程師謝列布羅夫一起被送上太空。這是她第一次參加太空飛行。第二天，飛船與在軌道上運行的“禮炮”7號空間站對接，薩維茨卡婭等3人進入空間站，受到已在站上居留3個月的航天員別列佐沃伊和列別傑夫的熱烈歡迎。他們向第一個進入空間站的女航天員獻上了一束在空間站上生長的阿拉伯草花。這5名航天員在太空會合後，進行了多項科學實驗工作，薩維茨卡婭負責醫學生物學方麵的實驗，沒有發現女性和男性的身體對太空飛行因素影響的反應有什麼本質區別。她自己在動脈受壓時脈搏正常，在失重條件下的適應性也很強。她在空間站上幫助收獲太空種植的阿拉伯草籽，並畫下了7株結籽的阿拉伯草圖。經過7天太空飛行，薩維茨卡婭和波波夫、謝列布羅夫一起，於8月27日換乘“聯盟”T-5號飛船，離開“禮炮”7號空間站安全返回地麵。薩維茨卡婭表現出良好的職業素養，堅定，果斷，敢於冒險又頭腦清醒，順利完成了第一次男女混合乘員組的太空飛行。
兩年之後，1984年7月17日，薩維茨卡婭和指令長紮尼別科夫、隨船研究員沃爾克一起，乘“聯盟”T-12號飛船第二次上天飛行。18日，飛船和在軌道上的“禮炮”7號空間站對接，站上的基齊姆、索洛維耶夫、阿季科夫3名航天員已在太空生活5個月之久，因此他們見到從地麵來訪的薩維茨卡婭等3人十分欣喜，並準備協助薩維茨卡婭進行婦女的第一次太空行走。薩維茨卡婭這次太空行走的主要任務，是到空間站外試驗工藝操作，使用萬能手動工具完成艙外切割、焊接、噴塗等工作。7月25日，她和紮尼另蝌夫通過艙門走出空間站進入敞開的太空，漫步3小時35分，小心翼翼地漂到空間站外壁的一個折疊平台上，將雙腳固定在特殊的踏板上，首先用電子束切割一塊固定在樣品板上的金屬樣品，然後把兩塊金屬板焊接起來。之後，她又換一種工具，將銀噴漵到鋁層上，完成了整個太空作業。薩維茨卡婭為此體重減輕了3千克，可見在太空工作的艱苦和勞累。紮尼別科夫用攝像機拍攝轉播了薩維茨卡婭在艙外工作的情景。在300千米的高空，薩維茨卡婭第一次走出艙外實驗的成功，表明婦女不僅能在空間站內從事各項實驗工作，而且也能到艙外的空間開展各項作業活動。
1984年7月29日，世界上第一位在太空行走的女航天員——薩維茨卡婭經過12天的太空飛行，平安返回地麵。1986年10月，38歲的她平安生下一個男孩。這說明太空飛行對婦女的生育沒有影響。當有人問她對這次太空飛行的感想時，薩維茨卡婭回答說，“從現在起100年，沒有人會記住這件事，如果有人記住了，那麼對於曾經有人問過婦女是否應該進入太空這樣的問題，他們將感到是不可思議的事情。”