Start vom Jiuquan Satelliten Startzentrum. Die Landung erfolgte 200 km nordöstlich von Hohhot etwa 100 km östlich des geplanten Landegebietes in der Inneren Mongolei.

Die zweite chinesische Raumstation Tiangong-2 wurde am 15. September 2016 um 14:04:12.428 UTC gestartet. Tiangong bedeutet "Himmelspalast". Die zweite und technisch verbesserte Version der chinesischen Raumstation ist Nachfolgerin der im Jahr 2011 gestarteten Tiangong-1, die nach aktuellen Messungen in der zweiten Hälfte des Jahres 2017 unkontrolliert in die Erdatmosphäre eintreten wird. Die neue Station bietet der Besatzung mehr Platz. Die Arbeits- und Wohnbereiche sind mit kabellosen Bluetooth-Ohrhörern und einem E-Mail-System ausgestattet. Es wurden weitere Schalldämpfer eingebaut, die den Geräuschpegel unter 50 Dezibel halten sollen (auf der ISS herrschen bis zu 65 Dezibel). Die Temperatur in der Station soll zwischen 22 und 24 Grad Celsius bei 45 bis 55 Prozent Luftfeuchtigkeit gehalten werden. Eingebaute Sensoren sollen gefährliche Gase oder Mikroben anzeigen können. Während bei Tiangong-1 Kopplungen stets bei geeigneten Lichtverhältnissen stattfinden mussten, unterstützt die neue Raumstation optische Rendezvous- und Kopplungssensoren. Zur Erhaltung der körperlichen Fitness während eines Langzeitaufenthaltes befanden sich ein Laufband, ein Fahrradergometer sowie ein Akupunktur-Massagegerät an Bord. Zur wissenschaftlichen Ausstattung gehörten der Gammastrahlendetektor POLAR und eine extrem genaue, lasergekühlte Atomuhr.

Auch am Shenzhou-Raumschiff waren Verbesserungen vorgenommen worden. Dazu gehörte ein deutlich schnellerer Dichtigkeitstest nach erfolgreicher Ankopplung, ein größerer Landefallschirm, ein verbesserter Schockabsorber bei der Landung, eine Komposite-Schicht auf der Außenhaut des Raumschiffs zum Schutz vor Ozon sowie eine spezielle organische, temperaturkontrollierte Schicht auf dem Landemodul.

Nach knapp zweitägigem Alleinflug koppelte Shenzhou-11 am 18. Oktober 2016 an die zweite chinesische Raumstation Tiangong-2 an und die Crew wurde erste und einzige Stammbesatzung. Das eigentliche Rendezvous hatte in einer Entfernung von 52 km begonnen. Die automatische Kopplung erfolgte nach insgesamt fünf Annäherungsschritten. Zuletzt stoppte das Raumschiff bei 5.000 m, 400 m, 120 m und 30 m. Der anschließende Dichtigkeitstest war bereits nach sieben Minuten abgeschlossen.

An Bord der Raumstation hatten die beiden Astronauten ein 40 Experimente umfassendes Forschungsprogramm zu bewältigen. Darunter befanden sich die Herz-Kreislaufforschung, die Kultivierung von Reis- und Acker-Schmalwand-Pflanzen, Bildungsexperimente von Schülern aus Hongkong sowie eine Serie von Versuchen zur Mensch-Computer-Kommunikation. Dabei sollten die Gedanken der Astronauten Aktionen auslösen und gleichzeitig die neurologische Funktion des Gehirns überwacht werden.

Am 22. Oktober 2016 um 23:31 UTC setzten die Astronauten den Sub-Satelliten Banxing-2 auf eine eigene Umlaufbahn aus. Der 47 kg schwere Satellit ist manövrierfähig. Er verfügt über eine hochauflösende 25-Megapixel-Kamera im optischen und infraroten Bereich sowie ein Navigationssystem für automatische Flüge in bis zu 500 km Entfernung vom chinesischen Himmelslabor.