2020年11月24日4時30分，長征五號遙五運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空，火箭飛行約2200秒後，順利將探測器送入預定軌道。
11月24日22時06分，嫦娥五號探測器3000N發動機工作約2秒鐘，順利完成第一次軌道修正，繼續飛向月球。本次嫦娥五號任務發射入軌精度較高，軌道修正量很小。截至第一次軌道修正前，嫦娥五號探測器各系統狀態良好，已在軌飛行約17個小時，距離地球約16萬千米。
11月25日22時06分，嫦娥五號探測器兩臺150N發動機工作6秒鐘，順利完成第二次軌道修正。截至第二次軌道修正，嫦娥五號探測器已在軌飛行約41小時，距離地球約27萬千米，探測器各系統狀態良好，地面測控通訊各中心和臺站跟蹤正常。
近月制動
11月28日20時58分，嫦娥五號探測器經過約112小時奔月飛行，在距月面400千米處成功實施3000牛發動機點火，約17分鐘後，發動機正常關機，順利進入環月軌道。
11月29日20時23分，嫦娥五號探測器在近月點再次“剎車”，從橢圓環月軌道變為近圓形環月軌道。
組合分離
11月30日4時40分，在科技人員精確控制下，嫦娥五號探測器組合體順利分離，將擇機實施月面軟著陸。
月面起飛瞬間
12月1日22時57分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體從距離月面約15千米處開始實施動力下降，7500牛變推力發動機開機，逐步將探測器相對月球速度從約1.7千米/秒降為零。期間，嫦娥五號探測器進行快速姿態調整，逐漸接近月表。此後進行障礙自動檢測，選定著陸點後，開始避障下降和緩速垂直下降。12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度的呂姆克山脈以北地區，並傳回著陸影像圖。
取樣工作
12月2日4時53分，探月工程嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鑽取取樣及封裝。
12月2日22時，經過約19小時月面工作，探月工程嫦娥五號探測器順利完成月球表面自動取樣，並已按預定形式將樣品封裝儲存在上升器攜帶的貯存裝置中。取樣和封裝過程中，科技人員在地面實驗室根據探測器傳回資料，模擬取樣區地理模型並全程模擬取樣，為取樣決策和各環節操作提供了重要依據。著陸器配置的月壤結構探測儀等有效載荷正常工作，按計劃開展科學探測，並給予取樣資訊支援。
月面起飛
12月3日23時10分，嫦娥五號上升器3000N發動機工作約6分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入到預定環月軌道。這是中國首次實現地外天體起飛。
月軌對接
12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，並於6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中。這是中國首次實現月球軌道交會對接。
成功分離
12月6日12時35分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離，進入環月等待階段，準備擇機返回地球。
受控落月
12月8日6時59分，嫦娥五號上升器按照地面指令受控離軌，7時30分左右降落在月面經度0度、南緯30度附近的預定落點。
月地轉移
12月12日9時54分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體經歷了約6天的環月等待，實施了第一次月地轉移入射，從近圓形軌道變為近月點高度約200千米的橢圓軌道。
12月13日9時51分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體實施第二次月地轉移入射。在距月面約230千米處成功實施四臺150牛發動機點火，約22分鐘後，發動機正常關機。根據實時遙測資料監視判斷，軌道器和返回器組合體成功進入月地轉移軌道。
12月16日9時15分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體上25N發動機工作約8秒鐘，順利完成第二次月地轉移軌道修正，組合體上各系統狀態良好。針對這次搜尋回收返回器的任務特點，酒泉衛星發射中心更新改造了十餘套裝置。著陸場系統已進行了多次針對性演練，考核驗證了改造裝置的穩定性和可靠性。
返回著陸
12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，採用半彈道跳躍方式再入返回，在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。
軌道執行
2021年3月，嫦娥五號軌道器在地面飛控人員精確控制下，成功被日地拉格朗日1點捕獲，成為中國首顆進入日地L1點探測軌道的航天器。軌道器對地距離93.67萬公里，整器姿態穩定、能源平衡、工況正常，後續將在日地L1點探測軌道執行，執行一圈週期約為6個月。
2020年11月24日4時30分，長征五號遙五運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空，火箭飛行約2200秒後，順利將探測器送入預定軌道。
11月24日22時06分，嫦娥五號探測器3000N發動機工作約2秒鐘，順利完成第一次軌道修正，繼續飛向月球。本次嫦娥五號任務發射入軌精度較高，軌道修正量很小。截至第一次軌道修正前，嫦娥五號探測器各系統狀態良好，已在軌飛行約17個小時，距離地球約16萬千米。
11月25日22時06分，嫦娥五號探測器兩臺150N發動機工作6秒鐘，順利完成第二次軌道修正。截至第二次軌道修正，嫦娥五號探測器已在軌飛行約41小時，距離地球約27萬千米，探測器各系統狀態良好，地面測控通訊各中心和臺站跟蹤正常。
近月制動
11月28日20時58分，嫦娥五號探測器經過約112小時奔月飛行，在距月面400千米處成功實施3000牛發動機點火，約17分鐘後，發動機正常關機，順利進入環月軌道。
11月29日20時23分，嫦娥五號探測器在近月點再次“剎車”，從橢圓環月軌道變為近圓形環月軌道。
組合分離
11月30日4時40分，在科技人員精確控制下，嫦娥五號探測器組合體順利分離，將擇機實施月面軟著陸。
月面起飛瞬間
12月1日22時57分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體從距離月面約15千米處開始實施動力下降，7500牛變推力發動機開機，逐步將探測器相對月球速度從約1.7千米/秒降為零。期間，嫦娥五號探測器進行快速姿態調整，逐漸接近月表。此後進行障礙自動檢測，選定著陸點後，開始避障下降和緩速垂直下降。12月1日23時11分，嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面西經51.8度、北緯43.1度的呂姆克山脈以北地區，並傳回著陸影像圖。
取樣工作
12月2日4時53分，探月工程嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鑽取取樣及封裝。
12月2日22時，經過約19小時月面工作，探月工程嫦娥五號探測器順利完成月球表面自動取樣，並已按預定形式將樣品封裝儲存在上升器攜帶的貯存裝置中。取樣和封裝過程中，科技人員在地面實驗室根據探測器傳回資料，模擬取樣區地理模型並全程模擬取樣，為取樣決策和各環節操作提供了重要依據。著陸器配置的月壤結構探測儀等有效載荷正常工作，按計劃開展科學探測，並給予取樣資訊支援。
月面起飛
12月3日23時10分，嫦娥五號上升器3000N發動機工作約6分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入到預定環月軌道。這是中國首次實現地外天體起飛。
月軌對接
12月6日5時42分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，並於6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中。這是中國首次實現月球軌道交會對接。
成功分離
12月6日12時35分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離，進入環月等待階段，準備擇機返回地球。
受控落月
12月8日6時59分，嫦娥五號上升器按照地面指令受控離軌，7時30分左右降落在月面經度0度、南緯30度附近的預定落點。
月地轉移
12月12日9時54分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體經歷了約6天的環月等待，實施了第一次月地轉移入射，從近圓形軌道變為近月點高度約200千米的橢圓軌道。
12月13日9時51分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體實施第二次月地轉移入射。在距月面約230千米處成功實施四臺150牛發動機點火，約22分鐘後，發動機正常關機。根據實時遙測資料監視判斷，軌道器和返回器組合體成功進入月地轉移軌道。
12月16日9時15分，嫦娥五號軌道器和返回器組合體上25N發動機工作約8秒鐘，順利完成第二次月地轉移軌道修正，組合體上各系統狀態良好。針對這次搜尋回收返回器的任務特點，酒泉衛星發射中心更新改造了十餘套裝置。著陸場系統已進行了多次針對性演練，考核驗證了改造裝置的穩定性和可靠性。
返回著陸
12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品，採用半彈道跳躍方式再入返回，在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。
軌道執行
2021年3月，嫦娥五號軌道器在地面飛控人員精確控制下，成功被日地拉格朗日1點捕獲，成為中國首顆進入日地L1點探測軌道的航天器。軌道器對地距離93.67萬公里，整器姿態穩定、能源平衡、工況正常，後續將在日地L1點探測軌道執行，執行一圈週期約為6個月。