15 ноября 2010 года. В ночь с 14 на 15 ноября на железнодорожную станции Тюра-Там прибыл железнодорожный состав, который доставил из Самары на космодром Байконур две ракеты-носителя «Союз». После прохождения таможенной очистки груза, состав с ракетами перегнали на площадку №112 космодрома. Прибывшие ракеты предназначены для проведения пусков по пилотируемой программе в 2011-м году: ракета «Союз-ФГ» будет стартовать с пилотируемым кораблем «Союз ТМА-21», а «Союз-У» предназначена для выведения на орбиту грузового корабля «Прогресс».
1 декабря 2010 года. Спускаемый аппарат ТПК «Союз ТМА-20», поврежденный в октябре 2010 года при транспортировке на космодром Байконур по железной дороге и возвращенный на завод экспериментального машиностроения, отремонтирован и годен для использования в составе пилотируемого корабля «Союз ТМА-21». В сообщении агентства «Интерфакс-АВН» говорится, что «специалисты подмосковной Ракетно-космической корпорации «Энергия» по рекомендации комиссии заменили замки, крепящие к днищу спускаемого аппарата лобовой теплозащитный экран, прикрывающий его при прохождении через атмосферу». Кроме того, на Заводе экспериментального машиностроения корпорации была проведена оценка целости конструкции экрана, в котором из-за инцидента при перевозке могли возникнуть микротрещины. «Комиссия сделала вывод, что лобовой теплозащитный экран надежен и спускаемый аппарат в целом пригоден для дальнейшей эксплуатации». После этого спускаемый аппарат был отправлен обратно на Байконур.
1 декабря 2010 года. Агентство «Интерфакс» со ссылкой на источник в ракетно-космической отрасли сообщило, что ТПК «Союз ТМА-21» будет назван в честь первого космонавта Земли Юрия Гагарина. По словам источника, на обтекатель ракеты-носителя «Союз» будут нанесены портрет Юрия Гагарина и надпись: «50 лет со дня полета в космос первого космонавта Земли Юрия Гагарина». Однако в Роскосмое затруднились прокомментировать эту информацию.
15 декабря 2010 года. Агентство «ИТАР-ТАСС» сообщило, что выступая перед журналистами на 1-й площадке космодрома Байконур глава Федерального космического агентства Анатолий Перминов сказал: «На конец марта - начало апреля запланирован специальный запуск именного космического корабля, посвященный первому полету Юрия Гагарина. Это будет именной корабль, на его борту так и будет написано - «Юрий Алексеевич Гагарин».
27 декабря 2010 года. Глава Роскосмоса Анатолий Перминов утвердил эмблему экипажа экипажа корабля «Союз ТМА-21», созданную на основе работы участника Международного конкурса детского рисунка на эмблему для экипажа МКС 12-летнего Марселя Сантоса Кеила из Французской Гвианы.
8 февраля 2011 года. На площадке 254 космодрома специалистами РКК «Энергия» ведутся работы по проверочному включению системы «Курс».
4 марта 2011 года. В Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина началась комплексные экзаменационные тренировки экипажей. Комплексную зачетную тренировку на тренажере ТДК-7СТ (тренажер ТПК «Союз ТМА») сдавал дублирующий экипаж экспедиции МКС-27/28 (Антон Шкаплеров, Анатолий Иванишин, Даниэл Бёрбанк). Основной экипаж МКС-27/28 (Александр Самокутяев, Андрей Борисенко, Рональд Гаран) приступил к экзаменационной тренировке на российском сегменте МКС.
5 марта 2011 года. В Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина продолжились комплексные экзаменационные тренировки экипажей. На этот раз основной и дублирующий экипажи поменялись местами. Основной экипаж сдавал экзамен на тренажере ТПК «Союз ТМА», а дублирующий работал на российском сегменте МКС.
9 марта 2011 года. После успешного прохождения вакуумных испытаний ТПК «Союз ТМА-21» был переведен из вакуумкамеры в стенд электроиспытаний для дальнейшей подготовки.
11 марта 2011 года. В Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина состоялось заседание Межведомственной комиссии (МВК) по определению готовности экипажей 27/28-й длительной экспедиции Международной космической станции к выполнению космического полета на ПТК «Союз ТМА-21» и российском сегменте МКС. Комиссия заслушала доклады об итогах выполнения программы подготовки экипажей и результатах комплексных экзаменационных тренировок на тренажерах ТДК 7СТ и РС МКС. Межведомственная комиссия сделала заключение о том, что экипажи 27/28-й экспедиций МКС к выполнению космического полета на ТПК «Союз ТМА-21» и российском сегменте МКС подготовлены и могут приступить к этапу предстартовой подготовки на космодроме Байконур.
14 марта 2011 года. Состоялось заседание Коллегии Федерального космического агентства, на котором был заслушан доклад технического руководства по летным испытаниям пилотируемых комплексов о выявленном несоответствии работы одной из систем корабля «Союз ТМА-21». Несоответствие было обнаружено в ходе испытаний корабля при предпусковой подготовке на техническом комплексе космодрома «Байконур». С учетом необходимых мероприятий по дополнительному анализу причин несоответствия, принято решение о переносе срока запуска корабля «Союз ТМА-21» с 30 марта 2011 года на более поздний срок. Несоответствие в работе блока связи и коммутации «Квант – В» связано с выходом из строя конденсатора, используемого в приборе.
17 марта 2011 года. На состоявшемся Совете главных конструкторов было принято решение о запуске ТПК «Союз ТМА-21» 5 апреля 2011 года. Резервная дата назначена на 7 апреля.
21 марта 2011 года. На космодром Байконур для продолжения предстартовой подготовки прибыли экипажи пилотируемого корабля «Союз ТМА-21». На аэродроме Крайний вначале приземлился самолет с основным экипажем - космонавтами Роскосмоса Александр Самокутяев и Андрей Борисенко, а также астронавтом НАСА Рональд Гаран, а через некоторое время самолет с дублерами Антон Шкаплеров, Анатолий Иванишин и Даниэл Бёрбанк.
22 марта 2011 года. На космодроме Байконур начался заключительный этап подготовки основного и дублирующего экипажей пилотируемого космического корабля «Союз ТМА-21». В соответствии с графиком подготовки Александр Самокутяев, Андрей Борисенко и Рональд Гаран, а также их дублеры Антон Шкаплеров, Анатолий Иванишин и Даниэл Бёрбанк прибыли на площадку 254 космодрома, где в монтажно-испытательном корпусе проходит подготовку к запуску пилотируемый корабль «Союз ТМА-21».
23 марта 2011 года. В соответствии с планами подготовки, основной и дублирующий экипажи провели занятия по изучению бортдокументации космического корабля типа «Союз ТМА», а также алгоритма действий в аварийных ситуациях на российском сегменте Международной космической станции. Также в программу дня вошла тренировка по ручному причаливанию на тренажере корабля «Союз ТМА».
25 марта 2011 года. Состоялось заседание Технического руководства, на котором принято решение о заправке корабля «Союз ТМА-21» компонентами ракетного топлива и сжатыми газами. Заправленный топливом и сжатыми газами ТПК «Союз ТМА-21» доставлен в МИК КА для проведения заключительных операций подготовки.
27 марта 2011 года. В МИК КА проведена стыковка корабля ТПК «Союз ТМА-21» с переходным отсеком.
29 марта 2011 года. В МИК КА проведен авторский осмотр ТПК «Союз ТМА-21». В этот же день была выполнена накатка головного обтекателя ракеты-носителя на космический корабль «Союз ТМА-21».
30 марта 2011 года. На площадке 17 космодрома Байконур в Испытательном учебно-тренировочном комплексе ЦПК имени Ю.А.Гагарина (пл.17) вчера прошел «День прессы». Основной (Александр Самокутяев, Андрей Борисенко и Рональд Гаран) и дублирующий (Антон Шкаплеров, Анатолий Иванишин и Даниэл Бёрбанк) экипажи пилотируемого космического корабля «Союз ТМА-21» провели открытую тренировку для представителей средств массовой информации.
31 марта 2011 года. В монтажно-испытательном корпусе на площадке 254 космодрома основной и дублирующий экипажи пилотируемого космического корабля «Союз ТМА-21» провели вторую тренировку в корабле «Союз». Космонавты прибыли в монтажно-испытательный корпус на площадке 254 к 7.00 мск. Тренировка началась с инструктажа и короткого приветственного слова заместителя генерального конструктора РКК «Энергия» Н.И. Зеленщикова. После завершения тренировки в монтажно-испытательном корпусе на площадке 254 космонавты переехали в монтажно-испытательный корпус на площадке 112 космодрома, где осмотрели ракету-носитель «Союз-ФГ», которой предстоит стартовать в космос 5 апреля. Руководители самарского «ЦСКБ-Прогресс» рассказали космонавтам об особенностях устройства ракеты.
1 апреля 2011 года. Специалисты предприятий Роскосмоса выполнили операции по транспортировке космического корабля из монтажно-испытательного корпуса (МИК) площадки №254 космодрома в МИК площадки №112. Космический корабль под головным обтекателем был перемещен из стенда, где проходил подготовку, на транспортную платформу, далее внутрикосмодромными железнодорожными путями доставлен в сборочный зал МИКа пл.112.
1 апреля 2011 года. В монтажно-испытательном корпусе на площадке № 112 космодрома Байконур завершена общая сборка ракеты-носителя «Союз-У» с кораблем «Союз ТМА-21» («Гагарин»).
1 апреля 2011 года. Вечером на 254-й площадке космодрома Байконур состоялось заседание Технического руководства и Государственной комиссии, на котором был рассмотрен ход подготовки ракеты-носителя «Союз-ФГ» № И15000-036 и корабля «Союз ТМА-21» («Гагарин») к старту. Принято решение утром 2 апреля осуществить вывоз носителя с кораблем на стартовую позицию.
2 апреля 2011 года. Утром ракета-носитель «Союз-ФГ» № И15000-036 с пилотируемым космическим кораблем «Союз ТМА-21» («Гагарин») установлена на «Гагаринский старт» космодрома Байконур.
4 апреля 2011 года. Вечером на космодроме Байконур состоялось заседание Государственной комиссии под председательством руководителя Федерального космического агентства А.Н.Перминова. Комиссия утвердила основной и дублирующий экипажи пилотируемого корабля «Союз ТМА-21»:
В основной экипаж вошли:
командир Александр Самокутяев (Роскосмос);
бортинженер Андрей Борисенко (Роскосмос);
бортинженер Рональд Гаран (НАСА).
В дублирующий экипаж вошли:
командир Антон Шкаплеров (Роскосмос);
бортинженер Анатолий Иванишин (Роскосмос);
бортинженер Даниэл Бёрбанк (НАСА).
5 апреля 2011 года. 4 апреля 2011 года в 22:18:20 UTC (5 апреля 2011 года 02:18:20 мск) с ПУ № 5 площадки № 1 космодрома Байконур стартовыми командами предприятий Роскосмоса осуществлен пуск ракеты-носителя «Союз-ФГ» № И15000-036 с космическим кораблем «Союз ТМА-21» («Гагарин») на борту.
Через 9 минут после старта космический корабль «Союз ТМА-21» успешно отделился от последней ступени ракеты-носителя и вышел на околоземную орбиту с параметрами:
6 апреля 2011 года. 6 апреля 2011 года в 23:09:17 UTC (7 апреля в 03:09:17 мск) осуществлена стыковка пилотируемого корабля «Союз ТМА-21» («Гагарин») с Международной космической станцией, сообщает пресс-служба ЦУПа. Корабль причалил к малому исследовательскому модулю МИМ-2 «Поиск». Процесс сближения и стыковки проводился в автоматическом режиме под контролем специалистов в Центре управления полётами и экипажа.
28 августа 2011 года. В ночь на воскресенье, 28 августа, в ходе конференции по недельному планированию, проводимой специалистами центров управления полетами в Хьюстоне и Подмосковье, экипаж МКС был проинформирован о том, что запланированное на 8 сентября приземление экипажа корабля «Союз ТМА-21» переносится на более поздний срок. В предварительном порядке посадка корабля перенесена на 19 сентября. Продление сроков пребывания членов экипажа МКС на орбите связано с произошедшей 24 августа аварией грузового космического корабля «Прогресс М-12М».
16 сентября 2011 года. В 00:38:12 UTC (04:38:12 мск) космический корабль «Союз ТМА-21» отстыковался от Международной космической станции и отправился в автономный полет.
В 03:05:25 UTC (07:05:25 мск) была включена двигательная установка корабля «Союз ТМА-21». Отработав расчётное время, она сообщила кораблю тормозной импульс величиной 115,4 метра в секунду.
В 03:59:39 UTC (07:59:39 мск) спускаемый аппарат космического корабля «Союз ТМА-21» с космонавтами Александром Самокутяевем, Андреем Борисенко, и Рональдом Гараном на борту совершил успешную посадку в 149 километрах от города Джезказгана (Казахстан). Самочувствие космонавтов после приземления нормальное. Продолжительность полета космонавтов составила .