Первый космический полёт совершил с 29 августа 1988 по 27 апреля 1989 г. в качестве первого космонавта-исследователя ТПК «Союз ТМ-6» вместе с В. А. Ляховым и А.Ахадом Момандом по программе ЭП-З, а также в составе ЭО-З вместе с B.А. Титовым и M.X. Манаровым и ЭО-4 вместе с А. А. Волковым, С. К. Крикалевым и Ж.-Л.Кретьеном (Франция). Позывной: «Протон-2», «Донбасс-3». Длительность полета 240 суток 23 часа 35 минут 49 секунд.
За успешное осуществление длительного космического полета В. В. Полякову присвоено звание Героя Советского Союза (1989), с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда». Он также удостоен звания Героя Республики Афганистан с вручением ордена «Солнце Свободы» (1988, ДРА), и награждён орденом Почётного легиона (1989, Франция).
С 8 января 1994 по 22 марта 1995 совершил второй космический полёт в качестве врача-космонавта-исследователя на космическом корабле «Союз ТМ-18» и орбитальном комплексе «Мир» продолжительностью 437 суток 18 часов. Это является абсолютным рекордом продолжительности работы в космосе за один полёт. За успешное осуществление полёта 10 апреля 1995 года ему присвоено звание Героя России.
В течение двух орбитальных полетов, провел в космосе 678 суток 16 часов и 34 минуты. По этому показателю Поляков уступает лишь трём людям в истории — Сергею Крикалёву (803 дня), Александру Калери (769 дней) и Сергею Авдееву (747 дней).
По профессии — врач, доктор медицинских наук, профессор, старший лейтенант медицинской службы запаса.
Награды
- Герой Советского Союза, кавалер ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (1989 год).
- Герой Российской Федерации.
- Медаль «За заслуги в освоении космоса» (12 апреля 2011 года) — за большие заслуги в области исследования, освоения и использования космического пространства, многолетнюю добросовестную работу, активную общественную деятельность
- Герой Республики Афганистан, кавалер ордена «Солнце Свободы» (1988, Афганистан),
- Офицер ордена Почётного легиона (1989, Франция)
- Орден «Парасат» (1996, Казахстан).
- Медали Росавиакосмоса и Российского фонда культуры.
