За время работы освоил более 50 типов самолётов. Провел испытания МиГ-29 («9–14») (13.02.1985), МиГ-31М/2 («052») (27.12.1986), МиГ-29М/2 (1987), МиГ-29К («9–31») (23.06.1988), МиГ-31Б (30.06.1989). Участвовал в испытаниях сверхзвуковых боевых самолетов: МиГ-23, МиГ-25, МиГ-27, МиГ-29, МиГ-31 и их модификаций. Первым в СССР совершил беспосадочный полёт на самолете-перехватчике МиГ-31Б в район Северного полюса с двумя дозаправками в воздухе.
Входил в морскую бригаду испытателей, летал над морем на МиГ-21, МиГ-23, МиГ-29 — как на спарках, так и на боевых машинах. Работал много времени в Саках, в Николаеве, активно участвовал в разработках авианосной части корабля, и всех аспектов создания авианесущего крейсера.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 31 октября 1988 года за мужество и героизм, проявленные при испытании новой авиационной техники, Токтару Онгарабаевичу Аубакирову было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 11 585).
1 ноября 1989 г. в 15 часов 11 минут вторым в СССР (через 40 минут после Виктора Пугачева на Су-27К) на опытном корабельном истребителе МиГ-29К совершил посадку на палубу тяжёлого авианесущего крейсера «Тбилиси» (ныне ТАВКр «Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов»). Но в этот же день, 1 ноября 1989 г., через полтора часа после посадки, Герой Советского Союза Т. О. Аубакиров на МиГ-29К первым в стране произвёл взлёт с трамплина ТАВКр «Тбилиси», ознаменовав тем самым принятие в состав Военно-Морского Флота СССР корабля нового типа.
6 ноября 1990 г. был удостоен звания Заслуженного лётчика-испытателя СССР.
В мае 1991 г. летчик-испытатель приступил к тренировкам в Центре подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина, где прошел ускоренный курс подготовки к полету на космическом корабле «Союз ТМ» и орбитальном комплексе «Мир» в качестве космонавта-исследователя. Нужно отметить, что впервые предложение стать космонавтом Аубакирову поступило в 1985 г., но он отказался, не желая бросать испытательную работу. В конце 1990 г. он был отобран для участия в полёте по казахстанской программе. 21 января 1991 г. его кандидатуру в срочном порядке рассмотрели и утвердили на ГМВК, и только после этого направили на медицинское обследование в ИМБП, которое он успешно прошел, получив «добро» от врачей (правда, с некоторыми замечаниями).
С 20 мая по 10 июля 1991 года Аубакиров проходил подготовку к полету по казахстанской программе экспедиции посещения в качестве космонавта-исследователя основного экипажа вместе с Валерием Корзуном и Александром Александровым, намеченному на ноябрь 1991 года. В целях экономии средств 10 июля 1991 г. решением Госкомиссии подготовка была прекращена и экипаж расформирован в связи с объединением полетов по казахской и советско-австрийской программе. С 17 июля по 13 сентября 1991 года продолжил подготовку к полету по казахстанской программе и программе «Аустромир-91» в качестве первого космонавта-исследователя в составе основного экипажа вместе с Александром Волковым и Францем Фибёком (Австрия). 13 сентября 1991 г. после окончания непосредственной подготовки к полету и общекосмической подготовки решением Межведомственной квалификационной комиссии ему была присвоена квалификация «космонавт-испытатель».
2 октября 1991 г. стартовал в космос вместе с Александром Александровичем Волковым (командир экипажа при старте) и австрийским космонавтом Францем Фибёком в качестве космонавта-исследователя космического корабля «Союз ТМ-13» (позывной «Донбасс-2»). В течение недели работал на борту орбитального комплекса «Мир». Продолжительность пребывания в космосе составила 7 дней 22 часа 12 минут 40 секунд. 10 октября 1991 г. возвратился на Землю вместе с Анатолием Арцебарским (командир при посадке) и австрийским космонавтом Францем Фибёком на борту космического корабля «Союз ТМ-12» (позывной при посадке «Озон-2»).
Поскольку Токтар Аубакиров совершил космический полёт, уже имея звание Героя Советского Союза, а повторные награждения «Золотой Звездой» с 1988 г. были отменены, за полёт в космос он был награждён орденом Октябрьской Революции.
Жил в городе Жуковский Московской области, c 1990 года — в Москве.
После распада СССР Т. О. Аубикиров живёт в Казахстане, в Астане. В апреле 1992 г. он был назначен Первым заместителем председателя Государственного комитета по обороне Республики Казахстан, помощником президента Казахстана по освоению космоса. В 1993–1996 гг. — генеральный директор Национального аэрокосмического агентства Казахстана. В 1996–2000 гг. — советник президента Республики Казахстан по обороне, оборонной промышленности и космосу. В 2000–2001 гг. заместитель секретаря Совета безопасности Республики Казахстан.