2017年4月20日19时41分，搭载天舟一号货运飞船的长征七号遥二运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射，约596秒后，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。

天舟一号是我国自主研制的首艘货运飞船，全长10.6米，最大直径3.35米，起飞质量12.91吨。飞船发射入轨后与天宫二号空间实验室自动交会对接形成组合体，在经过2个月的组合体飞行后，6月19日完成绕飞和交会对接，于6月21日撤离天宫二号转入独立飞行阶段。任务期间，天舟一号先后验证了空间站货物补给、推进剂在轨补加、自主快速交会对接等一系列重要关键技术，为我国空间站研制建设和运营管理积累了重要经验。

9月22日18时左右，天舟一号在完成空间实验室阶段任务及后续拓展试验后受控离轨再入大气层。在测控通信系统的精确控制和密切监视下，天舟一号经两次制动，精确按照预定轨道重返大气层，以弹道式再入方式进入大气层烧毁，少量残骸溅落至南太平洋预定海域，未造成任何损失。