两年后，2013年4月，聂海胜入选神十飞行乘组。执行任务前，聂海胜的地面模拟训练超过2000次。2013年6月11日下午，3位航天员踏上了飞天之路。经15天太空飞行，在圆满完成一系列空间科学试验后，聂海胜和战友们安全回到了祖国怀抱。聂海胜曾在一次讲座中回忆起飞船返回的情景，“飞船返回舱进入大气层时，速度极快，和空气剧烈摩擦，变成一个火球，透过舷窗往只见熊熊大火，自己仿佛孙悟空在炼丹炉里。”
首位以将军身份进入太空的中国航天员
2011年7月，聂海胜晋升少将军衔，这个湖北枣阳乡村走出的农家子弟成为共和国将军。
两年后，2013年4月，聂海胜入选神十飞行乘组。在担任指令长的同时，还承担手控交会对接的操作任务。在我国载人航天飞行史上，这两项艰巨任务首次由同一人承担。执行任务前，聂海胜的地面模拟训练超过2000次。
2013年6月11日下午，3位航天员踏上了飞天之路。从火箭起飞到太空遨游，从进驻天宫到太空授课，从交会对接到安全着陆，各项工作按计划顺利进行。经15天太空飞行，在圆满完成一系列空间科学试验后，聂海胜和战友们安全回到了祖国怀抱。聂海胜曾在一次讲座中回忆起飞船返回的情景，“飞船返回舱进入大气层时，速度极快，和空气剧烈摩擦，变成一个火球，透过舷窗往只见熊熊大火，自己仿佛孙悟空在炼丹炉里。”
与聂海胜一起执行“神十”任务的女航天员王亚平曾评价说：“聂师兄在我眼里稳重、踏实，是一个非常值得信赖的人。他对自己的`要求非常非常得严格，他要求我们做到的事情，自己肯定是一定会做到。给我的感觉，聂师兄就是我们乘组的定海神针，只要有他在，我们心里就很踏实。”