Nel 2013 Nyberg ha servito come ingegnere di volo sulla ISS Expedition 36 e Expedition 37, essendo stato lanciato sulla Soyuz TMA-09M. Durante il 50° anniversario il 16 giugno 2013 di Vostok 6, il primo scatto spaziale di una donna, Valentina Tereshkova, Nyberg era una delle sole due donne nello spazio, l'altra era l'astronauta cinese Wang Yaping a bordo della Tiangong-1 sulla missione Shenzhou 10. A settembre ha pubblicato una fotografia di un dinosauro di peluche che aveva creato in orbita da rottami della stazione spaziale, che si ritiene sia il primo animale di peluche trasportato a mano nello spazio.
Spedizione ISS 36 e Spedizione 37