北京时间2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。
此后，神舟十二号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空，飞行乘组状态良好，发射取得圆满成功。
这是我国载人航天工程立项实施以来的第19次飞行任务，也是空间站阶段的首次载人飞行任务。
飞船入轨后，将按照预定程序，与天和核心舱进行自主快速交会对接。组合体飞行期间，航天员将进驻天和核心舱，完成为期3个月的在轨驻留，开展机械臂操作、太空出舱等活动，验证航天员长期在轨驻留、再生生保等一系列关键技术。
目前，天和核心舱与天舟二号的组合体已进入对接轨道，状态良好，满足与神舟十二号交会对接的任务要求和航天员进驻条件。
神舟十二号飞行中，飞行乘组将在轨完成4个方面的主要工作，计划开展两次出舱活动及舱外作业。4项主要任务，一是开展核心舱组合体的日常管理。包括天和核心舱在轨测试、再生生保系统验证、机械臂测试与操作训练，以及物资与废弃物管理等。二是开展出舱活动及舱外作业。包括舱外服在轨转移、组装、测试，进行两次出舱活动，开展舱外工具箱的组装、全景摄像机抬升和扩展泵组的安装等工作。三是开展空间科学实验和技术试验。进行空间应用任务实验设备的组装和测试，按程序开展空间应用、航天医学领域等实（试）验，以及有关科普教育活动。四是进行航天员自身的健康管理。按计划开展日常的生活照料、身体锻炼，定期监测、维持与评估自身健康状态。
神舟十二号载人飞行任务是空间站关键技术验证阶段的第四次飞行任务，也是我国空间站阶段首次载人飞行任务。任务将进一步验证载人天地往返运输系统的功能性能，在轨验证航天员与机械臂共同完成出舱活动及舱外操作的能力。同时，将全面验证航天员长期驻留保障技术，包括再生生保、空间站物资补给、航天员健康管理等航天员长期太空飞行的各项保障技术。在这项举世瞩目的任务中，神舟十二号载人飞船刷新了中国载人航天技术的新高度，完成五项“中国首次”，即首次实现与天和核心舱的载人自主快速对接，首次实施绕飞与空间站进行径向交会，首次具备从不同高度轨道返回东风着陆场的能力，首次实现载人飞船长期在轨停靠，首次具备天地结合多重保证的应急救援能力。神舟十二号载人飞船将首次实施载人自主快速对接，在空间站不断调整姿态的配合下，神舟十二号载人飞船最快能实现发射后6.5小时与空间站对接。此外，神舟十二号飞船飞船将首次实现载人飞船长期在轨停靠，飞船将在轨停靠3个月。中国航天科技集团五院专家介绍，在神舟十二号之前，神舟载人飞船都从固定的轨道返回地球，空间站任务中空间站为了节省推进剂的消耗，轨道位置会随着不同时间节点而进行相应的调整，为满足长期停靠的要求。神舟团队为此对返回轨道重新进行适应性设计，使载人飞船返回高度从固定值调整为相对范围，并改进返回的算法，提高载人飞船返回适应性和可靠性，让神舟飞船首次具备从不同高度轨道返回东风着陆场的能力。“载人航天，人命关天”始终是神舟团队心中的信条。为了保证天上、地上都具有保护航天员生命、在紧急条件下接回航天员的能力，神舟团队开创了天地结合的应急救援任务模式，即携带两艘飞船进场，由一艘飞船作为发射飞船的备份，作为遇到突发情况时航天员的生命救援之舟。神舟队伍采用“滚动待命”策略，在前一发载人飞船发射时，后一发载人飞船在发射场待命，并具备8.5天应急发射能力以实现太空救援的能力，全力保障航天员的生命安全。
航天员进驻天和核心舱后，将执行天地同步作息制度进行工作生活。核心舱提供了3倍于天宫二号空间实验室的航天员活动空间，配备了3个独立卧室和1个卫生间，保证航天员日常生活起居。航天食品方面，配置了120余种营养均衡、品种丰富、口感良好、长保质期的航天食品。就餐区域配置了食品加热、冷藏及饮水设备，还有折叠桌，方便航天员就餐。锻炼区配备有太空跑台、太空自行车，用于航天员日常锻炼。此外，空间站核心舱还配置了再生式生命保障系统，包括电解制氧、冷凝水收集与处理、尿处理、二氧化碳去除，以及微量有害气体去除等子系统，能够实现水等消耗性资源的循环利用，保障航天员在轨长期驻留。
我国政府一贯致力于和平利用外空，愿与有关各方一道，为促进和平利用外空、维护外空安全做出共同努力，愿意同各国就人造航天器残骸、空间碎片问题开展更广泛的国际交流合作，确保外空活动的长期可持续性。长征五号B遥二火箭和长征七号遥三火箭发射后，我们密切关注火箭末级再入情况，组织进行了严密监测，在载人航天工程官方网站定期对外发布火箭末级的轨道参数，及时发布了长征五号B遥二火箭和长征七号遥三火箭末级残骸的再入时间和落点预告，履行了相关国际义务。天舟货运飞船在完成预定任务后，将受控离轨再入大气层销毁，极少量残骸陨落南太平洋海域，神舟载人飞船的推进舱与轨道舱在再入大气层时也将烧蚀销毁，不会对地面造成危害。
中国载人航天工程副总设计师陈善广在直播中透露，在这次的空间站关键技术验证和建造阶段，女航天员刘洋、王亚平都会参与到飞行任务中，此外第三批航天员已经选拔完成，其中也有女性航天员。