2010年10月1日18時59分57秒，“長征三號丙”運載火箭在我國西昌衛星發射中心點火發射
，把嫦娥二號衛星成功送入太空。
2010年10月2日，嫦娥二號衛星成功實施首次地月轉移軌道中途修正。由於此次軌道修正效果良好，原計劃於10月3日、5日進行的軌道修正動作相繼取消。
2010年10月6日，嫦娥二號衛星成功實施第一次近月製動

，順利進入周期約12小時的橢圓環月軌道，成為第二顆中國製造環月衛星。
2010年10月8日
，嫦娥二號衛星成功實施第二次近月製動，進入周期約3.5小時的橢圓環月軌道。
2010年10月9日，嫦娥二號衛星成功實施第三次近月製動
，進入軌道高度為100公裏的圓形環月工作軌道。
2010年10月15日
，嫦娥二號衛星上搭載的除CCD立體相機外的六種有效載荷已全部開機
，在軌測試完成後將陸續開展科學探測。
2010年10月16日，嫦娥二號衛星與地麵高速率通訊鏈路的測試全部結束，初步判斷全部測試結果優於預期。
2010年10月26日，嫦娥二號衛星成功降軌，進入遠地點100公裏，近月點15公裏的軌道，為在月球虹灣區拍攝圖像做好了準備。
2010年10月29日，嫦娥二號衛星圓滿完成對月球虹灣區成像任務。衛星通過實施升軌控製

，近月點返回100公裏。
2010年10月30日
，對衛星實施軌道維持
，使其返回100×100公裏的環月工作軌道。
2010年11月2日
，工程測控係統主任務係統成功切換至長期管理任務係統。
2010年11月8日，國防科工局公布嫦娥二號月麵虹灣局部影像圖。時任中共中央政治局常委
、國務院總理溫家寶出席揭幕儀式並為影像圖揭幕。
2010年12月20日，中共中央、國務院
、中央軍委在人民大會堂召開慶祝探月工程嫦娥二號任務圓滿成功大會。