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，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。
这是天舟货运飞船和长征七号运载火箭组成的空间站货物运输系统的首次飞行试验。飞船入轨后，将按预定程序与在轨运行的天宫二号先后进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接，3次推进剂在轨补加，以及空间应用和航天技术等领域的多项实（试）验。期间，天舟一号与天宫二号组合体在轨飞行约2个月，天舟一号独立飞行约3个月。
完成既定任务后，天舟一号将受控离轨，陨落至预定安全海域；天宫二号留轨继续开展拓展试验和应用。