En 2013 Nyberg serviu como enxeñeiro de voo na Expedición 36 e na Expedición 37 da ISS, lanzada na Soyuz TMA-09M. Durante o 50 aniversario do 16 de xuño de 2013 do Vostok 6, a primeira fotografía espacial feita por unha muller, Valentina Tereshkova, Nyberg foi unha das dúas únicas mulleres no espazo, sendo a outra a astronauta chinesa Wang Yaping a bordo do Tiangong-1 na misión Shenzhou 10. En setembro publicou unha fotografía dun dinosauro de peluche que creara en órbita a partir de restos da estación espacial, que se pensa que é o primeiro animal de peluche transportado ao espazo.
Expedición 36 e Expedición 37 á ISS