W 2003 roku po 25 latach służby wojskowej przeszedł na emeryturę w siłach powietrznych, zostając kosmonautą cywilnym. 10-23 maja 2010 dowodził 14. misją podwodną (NASA Extreme Environment Mission Operations) realizowanej przez NASA i NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), gdzie brał udział m.in. jego przyszły partner w kosmosie Thomas Marshburn.
19 grudnia 2012 Sojuz TMA-07M wyniósł go na pokład Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) jako członka Ekspedycji 34. i 35. Przybył na stację 21 grudnia, zgodnie z planemZałoga Ekspedycji 34 powitana na stacji. Jest pierwszym Kanadyjczykiem, który pełnił funkcję dowódcy Stacji. 14 maja 2013 nad ranem czasu polskiego powrócił na Ziemię w kapsule statku Sojuz wraz z dwoma innymi członkami załogi ISS.
Miesiąc po powrocie ogłosił odejście z Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej na emeryturę 3 lipca 2013.
Media społeczne i działalność popularyzatorska Podczas pobytu na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej Hadfield wykonał kilka teledysków publikowanych w serwisie YouTube, w tym cover utworu Davida Bowie, Space Oddity.
Prowadzi twittowy magazyn pt.