Start vom Kosmodrom Baikonur; Landung 140 km östlich von Dsheskasgan.

Nach zweitägigem Alleinflug koppelte Sojus TM-16 am 26. Januar 1993 an die Raumstation MIR an.

Sojus TM-16 war seit 1976 die erste und bis heute einzige Sojus-Mission bei der nicht das Standard-Kopplungssystem genutzt wurde und nicht am MIR-Kernmodul, bzw. Kwant gedockt wurde. Erstmals wurde der androgyne APAS-89-Kopplungsstutzen (89 steht für das Entwicklungsjahr) verwendet, der eine Weiterentwicklung der APAS-75-Andockvorrichtung des Apollo-Sojus-Projekts darstellte. Dieses System - anders als das gewöhnliche Sojus-Kopplungssystem - ermöglichte jedem damit ausgestatteten Raumfahrzeug sowohl den passiven als auch den aktiven Part eines Andockmanövers zu übernehmen. Das neue Kopplungssystem wurde entwickelt, um das Andocken der Buran-Raumfähre an die Raumstation MIR zu ermöglichen. Dazu verfügte die MIR am Kristall-Modul ebenfalls über zwei APAS-89-Stutzen. Gleichzeitig sollten spezielle Sojus-Raumschiffe mit diesem Kopplungssystem ausgestattet werden, um bei bemannten Testmissionen der Buran als Rettungssystem zu dienen. Eine solche Sojus würde in Einsatzbereitschaft auf der Erde warten und bei einem Notfall mit einem Mann Besatzung starten, an der Buran andocken, die beiden Testpiloten der Raumfähre abholen und sie sicher zur Erde bzw. zur MIR zu bringen.

Nachdem das Buran-Programm 1992 aus finanziellen Gründen gestoppt wurde, wurde das einzige bereits gebaute Raumschiff für den Transport einer Stammbesatzung zur MIR verwendet. Sojus TM-16 dockte damit am androgynen Kopplungsstutzen des „Kristall“-Modules an. Das APAS-89-Kopplungssystem fand später Verwendung beim Shuttle-MIR-Programm, in einigen Modulen der Internationalen Raumstation (ISS) und dem Andocksystem des Space Shuttles, mit dem die Raumfähre an die ISS anlegte.

Eine weitere Besonderheit der Mission war das Aufspannen eines 20 Meter großen Solarreflektors kurz nach dem Ablegen des Transportraumschiffes Progress M-15 durch Rotation. Mit diesem Reflektor wurde Sonnenlicht auf die Erde gelenkt, um die Möglichkeit einer künstlichen Beleuchtung von Großbaustellen aus dem Weltraum zu erkunden. Allerdings entfaltete sich der Reflektor nur teilweise.

Wesentliches Ziel der Mission war der planmäßige Austausch der MIR-Stammbesatzung. Nach der Übergabe der Station durch die 12. Stammbesatzung bildeten Gennadi Manakow und Alexander Polestschuk die 13. MIR-Stammbesatzung. Sie führten Experimente zur Biowissenschaft, Astronomie, Materialerforschung und allein 140 Experimente zur Erderkundung aus.

Zum wissenschaftlichen Programm der Mannschaft gehörten astrophysikalische, materialtechnische, biologische, medizinische und technische Untersuchungen. Außerdem liefen 140 verschiedene Untersuchungen zur Erderkundung. Dabei ging es u. a. um Erntevorhersagen, die Suche nach Rohstofflagerstätten, die Beobachtung von Vulkanaktivitäten im infraroten Bereich und die Erkundung von Laichgründen bestimmter Fischarten. Während der Mission wurde des Weiteren die kosmische Strahlung gemessen, Sterne im ultravioletten Bereich beobachtet, Untersuchungen der Hochatmosphäre (u. a. Ozonkonzentration) ausgeführt und das Zodiakallicht studiert. Zudem wurde nach interplanetaren Staubwolken, Röntgenquellen und schweren Elementen (Transurane) in unserer Galaxis gesucht. Auch das Verhalten und mögliche Anwendungen geschmolzener Metalle sowie deren Handhabung in der Schwerelosigkeit wurden erforscht. Insbesondere wurden Schmelz- und Mischvorgänge unter dem Einfluss elektrostatischer und magnetischer Felder beobachtet. Untersuchungsgegenstand war auch die Strahlenbelastung innerhalb der Station sowie die Erprobung neuer Wärmeschutzanstriche.

Gennadi Manakow und Alexander Polestschuk absolvierten einen ersten Außenbordeinsatz am 19. April 1993 (5h 25m). Dabei installierten sie elektrische Kabel an den Solarflügeln des Moduls Kwant1. An diese sollen später die vom Modul Kristall zu verlegenden Solarflügel angeschlossen werden. Alexander Polestschuk kletterte zunächst entlang des Moduls Kwant2 bis zum Basispunkt des Transportarms Strela, der am Basisblock der MIR befestigt ist. Gennadi Manakow verankerte sich dann am anderen Ende des Transportarmes. Alexander Polestschuk bewegte den Strela-Arm danach bis zum Arbeitsbereich an Kwant1. Auch ein Behälter mit den zu verlegenden elektrischen Leitungen wurde auf diese Weise zum Arbeitsplatz gehievt. Mit Schwierigkeiten gelang den Kosmonauten die Installation eines Kabels entlang der Konstruktion, die durch Wladimir Titow und Mussa Manarow 1991 installiert worden war. Alexander Polestschuk entdeckte schließlich, dass einer von zwei Haltegriffen für den Transportarm Strela sich gelöst und in den Weltraum davongeflogen war. Ein neuer Handgriff musste vor der Fortsetzung der Arbeiten von der Erde zur MIR geschickt werden.

Die für den 23. April 1993 geplante zweite EVA wurde daher abgesagt.

Erst am 18. Juni 1993 (4h 33m) führten Gennadi Manakow und Alexander Polestschuk die zweite EVA durch. Dabei wurde zunächst der Transportarm Strela mit einem zwischenzeitlich angelieferten Ersatzteil repariert, ehe die zweite elektrische Leitung entlang des Solarflügels verlegt werden konnte.

Nachschub an Treibstoff, Wasser und Experimentiermaterial wurde mit den Transportraumschiffen Progress M-16 bis M-18 geliefert. Progress M-18 verfügte über eine Rückkehrkapsel, mit der am 04. Juli 1993 etwa 150 kg Forschungsmaterial zur Erde transportiert wurden.

In einem bisher einzigartigen Manöver wurde Progress M-18 am 03. Juli 1993 von der MIR abgekoppelt, um Platz für das nur wenige Minuten später ankommende Raumschiff Sojus TM-17 mit der 14. MIR-Stammbesatzung, bestehend aus Wassili Ziblijew und Alexander Serebrow sowie dem französischen Kosmonauten Jean-Pierre Haigneré, zu schaffen.