航天员景海鹏、刘旺、刘洋搭乘神舟九号飞船进入太空，于6月18日，与天宫一号实现自动交会对接，航天员进入天宫一号工作和生活；6月24日，刘旺手动控制飞船与天宫一号成功对接；6月29日，航天员安全返回，实现了“准确进入轨道，精准操控对接，稳定组合运行，安全健康返回”的任务目标，突破和掌握了航天员手控交会对接技术，刘洋成为我国首飞女航天员。
2013年6月11日：发射神舟十号载人飞船
航天员聂海胜、张晓光、王亚平搭乘神舟十号飞船进入太空，于6月13日，与天宫一号实现自动交会对接，航天员进入天宫一号工作和生活；6月20日，3名航天员成功开展我国首次太空授课任务，王亚平成为首位太空教师；6月23日，聂海胜手动控制飞船与天宫一号成功对接；6月26日，航天员安全返回，实现了“准确进入轨道、精准操控对接、稳定组合运行、健康在轨驻留、安全顺利返回”的任务目标，进一步考核了交会对接、载人天地往返运输系统的功能和性能，圆满完成我国载人天地往返运输系统首次应用性飞行。
工程通过实施神舟七号飞行任务，以及天宫一号与神舟八号、神舟九号、神舟十号交会对接任务，突破和掌握了航天员出舱活动技术和空间交会对接技术，建成我国首个试验性空间实验室，标志着工程第二步第一阶段任务全面完成。
2016年6月25日：长征七号运载火箭首次飞行
长征七号运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空，实现了“成功首飞”的任务目标，是载人航天工程空间实验室飞行任务的开局之战，不仅为空间实验室任务顺利实施打下了坚实基础，也为我国空间站建造和运营奠定了重要基础。
2016年9月15日：发射天宫二号空间实验室
天宫二号由长征二号F运载火箭发射入轨，是我国第一个真正意义上的太空实验室，主要任务是接受神舟十一号载人飞船的访问，完成航天员中期驻留，考核面向长期飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术；接受天舟一号货运飞船的访问，考核验证推进剂在轨补加技术；开展航天医学、空间科学实验和空间应用技术，以及在轨维修和空间站技术验证等试验。在轨期间开展了60余项空间科学实验和技术试验，取得了一大批具有国际领先水平和重大应用效益的成果，为空间站研制建设和运营管理积累了重要经验，于2019年7月19日再入大气层。
2016年10月17日：发射神舟十一号载人飞船
航天员景海鹏、陈冬搭乘神舟十一号飞船进入太空，于10月19日，与天宫二号实现自动交会对接，航天员进入天宫二号工作和生活；11月18日，航天员安全返回，实现了“稳定运行、健康驻留、安全返回、成果丰硕”的任务目标，首次实现了我国航天员中期在轨驻留，开展了一批体现国际科学前沿和高新技术发展方向的空间科学与应用任务。
2017年4月20日：发射天舟一号货运飞船
天舟一号在海南文昌航天发射场发射成功，于4月22日与天宫二号实现自动交会对接形成组合体，于4月27日完成对天宫二号的推进剂在轨补加技术试验，于6月19日完成与天宫二号绕飞和第二次交会对接试验，突破和验证了空间站货物运输、推进剂在轨补加等关键技术，巩固了航天器多方位空间交会技术。
工程通过实施长征七号首飞任务，以及天宫二号与神舟十一号、天舟一号交会对接任务，突破和掌握了空间站货物运输、航天员中长期驻留、推进剂在轨补加、地面长时间任务支持和保障等技术，并开展了一批空间科学实验与技术试验，为我国空间站在轨组装建造和长期运营奠定了坚实基础，标志着空间实验室任务取得圆满成功，我国载人航天工程第二步任务取得全面胜利。
2020年5月5日：长征五号B运载火箭首次飞行
长征五号B运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空，实现空间站阶段飞行任务首战告捷，拉开我国载人航天工程“第三步”任务序幕。
2021年4月29日：发射空间站天和核心舱