Start vom Jiuquan Satelliten Startzentrum; Landung 162 km nördlich von Hohhot in der Inneren Mongolei. Es war der vierte bemannte Raumflug Chinas.

Nach zweitägigem Alleinflug koppelte Shenzhou-9 mit der chinesischen Raumstation Tiangong-1. Dazu führte Shenzhou-9 einen auf dem russischen APAS-System basierenden Kopplungsadapter mit. Zwei Stunden später wurde die Station erstmals von der Mannschaft betreten. Diese wurde zur ersten Stammbesatzung.

Die Aufgabe der Besatzung war, das Raumlabor in Betrieb zu nehmen und die notwendigen Voraussetzungen für den Betrieb von Raumstationen zu erforschen. Darüber hinaus wurden medizinische Experimente zur Erforschung von Langzeitaufenthalten von Stationsbesatzungen im All durchgeführt.

Am 24. Juni 2012 räumten die Astronauten vorübergehend ihr Quartier in der Raumstation Tiangong-1, koppelten mit ihrem Raumschiff Shenzhou-9 ab und setzten ein Stück zurück. Danach übernahm Liu Wang die Steuerung und koppelte die Kapsel manuell an. Es war die erste manuelle Kopplung in der chinesischen Raumfahrt. Die erneute Ankopplung erfolgte um 04:48 UTC.