Совершил четыре космических полёта к Международной космической станции, в ходе которых провёл три выхода в открытый космос — общей продолжительностью 21 час 39 минут. Герой Российской Федерации (2013).
С 1997 по 1998 годы — служба в строевой части ВВС в Калужской области.
С 1998 года — старший лётчик-инструктор пилотажной группы «Небесные Гусары» Центра показа авиационной техники ВВС, затем — командир эскадрильи авиаполка ВВС в городе Кубинка Московской области. Летает на самолётах Л-39 и МиГ-29. 29 мая 2003 года решением Межведомственной комиссии по отбору космонавтов был зачислен в отряд космонавтов для прохождения общекосмической подготовки. Является 521-м космонавтом мира и 111-м космонавтом России.
С 16 июня 2003 года по 28 июня 2005 года Шкаплеров прошёл курс общекосмической подготовки и 5 июля 2005 года решением Межведомственной квалификационной комиссии ему присвоена квалификация «космонавт-испытатель».
В июле 2008 года появились сообщения о его назначении в дублирующий экипаж 22-й экспедиции на МКС. 21 сентября 2008 года это назначение было подтверждено в опубликованном пресс-службой Роскосмоса плане полётов на МКС.
В июле 2009 года появилась информация о его назначении в дублирующий экипаж 27-й экспедиции и о возможности его назначения в основной экипаж 29-й экспедиции на МКС. 7 октября 2009 года это назначение было подтверждено НАСА (пресс-релиз № 09-233).
В ноябре 2009 года прошёл клинико-физиологическое обследование и на заседании ГМК 19 ноября 2009 года был признан годным к космическому полёту. 19 декабря 2009 года Межведомственной комиссией утверждён в качестве командира дублирующего экипажа корабля «Союз ТМА-17» и члена 22/23-й основных экипажей МКС.
Во время старта ТК «Союз ТМА-17» 21 декабря 2009 года был дублёром командира корабля.
На заседании Межведомственной комиссии по отбору космонавтов и их назначению в составы пилотируемых кораблей и станций 26 апреля 2010 года был аттестован в качестве космонавта отряда ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю. А. Гагарина».
Был назначен в долговременные экипажи МКС-29 и МКС-30.
В 2021 году Шкаплеров был назначен в состав экипажей МКС-66/МКС-67. Старт ТПК «Союз МС-19» с участниками кинопроекта «Вызов» в составе МКС-66 успешно осуществлён 5 октября 2021 года.
14 марта 2023 года покинул отряд космонавтов[4]. Работает в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина на должности заместителя начальника управления по отбору и подготовке космонавтов к лётным и наземным испытаниям и эксплуатации пилотируемых космических аппаратов[5].
Первый раз Шкаплеров стартовал 14 ноября2011 года в качестве командира космического корабля «Союз ТМА-22» и бортинженера экипажа МКС по программе 29-й и 30-й основной космической экспедиции. Полёт завершён 28 апреля 2012 года — спуск ТПК «Союз-ТМА»[6][7].
Второй раз стартовал 24 ноября2014 года в качестве командира космического корабля «Союз ТМА-15М». Полёт завершён 11 июня 2015 года — спуск ТПК «Союз-ТМА»[8].
Четвертый старт состоялся 05 октября2021 года в качестве командира космического корабля «Союз МС-19». Полёт завершён 30 марта 2022 года — спуск КК «Союз МС-19».
орден «За заслуги перед Отечеством» IV степени (26 января2017 года) — за мужество и высокий профессионализм, проявленные при осуществлении длительного космического полёта на Международной космической станции[12];
Космонавт 1-го класса (14.08.2018, «За образцовое выполнение пилотируемых космических полётов по программе МКС, а также в соответствии с Положением о космонавтах РФ»);
с 9 марта2013 года почётный гражданин города Гагарин «за большие заслуги в области исследования, освоения и использования космического пространства, многолетнюю добросовестную работу, активную общественную деятельность, продолжение звёздного подвига Юрия Алексеевича Гагарина»[15].