2013年11月1日，长征三号乙遥二十三运载火箭抵达发射场。

2013年11月26日，嫦娥三号巡视器月球车命名“玉兔号”。

“嫦娥三号”任务是中国探月工程二期的关键任务，突破月球软着陆、月面巡视勘察、月面生存、深空测控通信与遥操作、运载火箭直接进入地月转移轨道等关键技术，实现中国首次对地外天体的直接探测。“嫦娥三号”携带中国的第一台月球车奔月，国产月球车是二期探月工程的亮点之一。

嫦娥三号巡视器名为“玉兔”号月球车，其以每小时200米的速度和每一“步”7米左右的节奏巡视月面，并与留在落月点的着陆器一起，开展月表形貌和地质构造、月面物质成分和可利用资源、地球等离子体层等科学探测，任务时间为3个月。

2013年12月2日1时30分，嫦娥三号发射火箭——长征三号乙运载火箭点火。

2013年12月2日1时30分00秒344毫秒，嫦娥三号发射火箭起飞。

第140秒，嫦娥三号发射火箭助推器分离。

第150秒，嫦娥三号发射火箭一二级分离。

第230秒，嫦娥三号发射火箭整流罩分离。

第340秒，嫦娥三号发射火箭二三级分离。

第590秒，嫦娥三号发射火箭三级一次关机。

第830秒，嫦娥三号发射火箭三级二次点火。

第1140秒，嫦娥三号探测器和火箭实现分离。

约47分钟，嫦娥三号探测器太阳能翻板展开。

2013年12月6日17时47分，在北京飞控中心工作人员的精密控制下，嫦娥三号开始实施近月制动。17时53分，发动机关机，嫦娥三号顺利进入100千米环月轨道。

2013年12月10日18时00分，北京航天飞行控制中心向嫦娥三号注入调姿和变轨参数。20时37分，嫦娥三号进入月球背面区域。21时20分，嫦娥三号发动机成功点火，开始实施变轨控制。21时24分，嫦娥三号重新回到月球正面，根据地面测控站监视数据分析判断，嫦娥三号已由距月面平均高度约100千米的环月轨道，成功进入近月点高度约15千米、远月点高度约100千米的椭圆轨道。

2013年12月14日20时59分，7500牛变推力发动机开机，嫦娥三号开始动力下降。嫦娥三号以1.7千米/秒的速度向月球降落。随后降落相机开机。经过主减速段，嫦娥三号的速度降到只有约600米/秒。随后嫦娥三号迅速通过快速调整段，开始躲避障碍。随后经过接近段。在100米处，嫦娥三号悬停，三维成像相机工作，避开障碍。30秒后，嫦娥三号缓速下降。21时11分，离月面4米时，7500牛变推力发动机关机，嫦娥三号从速度为零起做自由落体运动降落在月球虹湾以东地区（19.51W，44.12N）。随后，太阳能帆板成功展开。标志着嫦娥三号软着陆任务取得圆满成功，中国成为世界上第三个掌握这一技术的国家。

嫦娥三号的预选着陆区有5个，分别是虹湾、酒海、湿海、开普勒和阿里斯基撞击坑。但综合各方面情况，虹湾地区的地势相对平缓，最适合飞行器着陆。为给“嫦娥三号”落月选址，嫦娥二号卫星对虹湾地区拍摄了分辨率达1米的“特写”图片。虹湾影像图上看到，该地区并不像人们想象中的那样平坦，地形坑坑洼洼，遍布米级甚至几十米直径的环形坑，同时还有许多，分布在环形坑底部、坑壁及坑缘地区的约米级零散石块。

2013年12月14日23时45分，地面发出着陆器与巡视器分离的指示。15日1时许，巡视器（即月球车）开始分离前各项测试。3时许，巡视器解锁，向转移机构前进。5时许，转移机构解锁并下降。5时17分，巡视器缓缓驶离转移机构踏上月球。

2013年12月15日晚，嫦娥三号着陆器和巡视器进行互拍，嫦娥三号着陆器拍下玉兔月球车上五星红旗画面。随后，“玉兔”进入“午休”。

2013年12月23日，“玉兔”提前结束午休，完成最后一次两器互拍，随后开始勘测工作。

2013年12月26日，月球虹湾地区进入夜晚，由于无法得到能源，保持温度，嫦娥三号进入月夜休眠模式，开始“睡觉”。

2014年12月15日凌晨，嫦娥三号着陆器圆满完成第十三个月昼的全部预定工作，顺利进入月夜休眠。

嫦娥三号着陆器于2016年7月28日按时进入第33月夜休眠期，刷新国际上探测器月面工作时间最长纪录。

截至2020年9月1日，嫦娥三号已落月2453天，现处于“退役”状态即长期管理阶段，着陆器部分科学载荷仍在工作。

嫦娥三号探测器使用长征三号乙增强型运载火箭发射。长征三号乙增强型火箭在长征三号乙火箭的基础上开展了六大专项技术攻关，包括发射窗口由少变多、“两只眼睛”提高入轨精度、嫦娥三号“坐椅”量身打造、可靠性再跃升、运载能力提高、“现场直播”火箭飞行过程。

嫦娥三号探测器不采取嫦娥一号使用的多次变轨法，而是直接飞往月球。“嫦娥三号”携带探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等重大突破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分等探测活动。嫦娥三号着陆器上携带了近紫外月基天文望远镜、极紫外相机、测距测速雷达和激光测距仪。

嫦娥三号巡视器，全称月面巡视探测器，又称月球车，于2013年11月26日命名为“玉兔号”。玉兔号月球车通过轮子“行走”，轮子上面是一个“箱子”，两侧分别有两扇能活动的太阳能板，中间有一个“桅杆”，上面有它的“眼睛”—相机。此外，还有一个机械臂，能做简单的探测活动。

嫦娥三号月球车整体构成相当于一个140公斤的“公交车”，搭载20公斤的仪器工作，为三轴六轮结构，寿命为3个月。月球车能在月面方圆3千米的范围内行走10千米，还能绕过障碍。

嫦娥三号月球车底部安装了测月雷达装置，可以探测到距离月球表面几百米的深处。月球车轮上花纹经过特殊处理，能适应月球表面土质。月球车在遇到难以攀爬的障碍时会选择绕行，这样很少会翻车，还可以预知斜坡、台阶、壕沟、松软路面等障碍。

嫦娥三号测控系统首次使用了三向测量技术和同波束干涉测量技术，确保位置测量的精准定位。此外，任务中首次主用Ｘ频段完成对探测器的各项测控任务，有效提高了测定轨精度、天地测控性能，并为后续探月和深空测控任务奠定了良好的技术基础。

寻天主要是月基光学望远镜，在月基上开展天文观测有两个优势和一个特点。第一个优势是月球上没有大气，因为没有大气吸收，可以不间断进行观测，这在地球上是办不到的；第二个优势是观测时间很长，这是它的两个优势。一个特点是可以白天看星星，地球上大气把太阳光反射之后天空会特别亮，把星星的亮度都给掩盖了，地球上白天是看不到星星的。

嫦娥三号上面配了极紫外相机，它是人类第一次在月球上对整个地球等离子体层进行观测，能够实时记录太阳光、磁层、大气层的相互作用，为中国空间科学研究和研究自然灾害预报提供科学的基础数据。

嫦娥三号有两个载荷，一个是粒子激发X射线谱仪，还有红外成像光谱议，测量月球上的矿物和成分，相当于“玉兔”走到一个地方，它就可以停下来对月壤和岩石进行观测。巡视器上一个重要的载荷是叫测月雷达，是人类第一次在月球上的雷达就位探测，以前国际上都是把雷达设备放在月球的环绕器上，中国是第一次对局部区域进行精密的探测。

2017年1月9日，中共中央、国务院举行2016年度国家科学技术奖励大会，嫦娥三号工程获国家科学技术进步奖一等奖。

自2013年12月成功落月并开展巡视勘察以来，嫦娥三号探测器搭载的8台科学载荷陆续开展了“测月、巡天、观地”的科学探测和其它探测任务。获得各类数据共计7TB。地面应用系统及时向包括港、澳在内的全国上千家高校和科研单位发布了这些科学探测数据及最新的探测图片和相关视频，极大地推动了国内外认识月球、研究月球和利用月球的探索热情，并取得了大量创新成果。（国家航天局 评）

2014年6月19日，在北京中心的精心组织下，嫦娥三号着陆器圆满完成了第二届夏季青年奥林匹克运动会网络火炬太空传递活动，这也是我国促进航天技术服务社会的一次全新尝试。