北京时间9月20日15时10分，搭载天舟三号货运飞船的长征七号遥四运载火箭在我国文昌航天发射场点火发射。约597秒后，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，15时22分，飞船太阳能帆板顺利展开且工作正常，发射取得圆满成功。

这是我国载人航天工程的第20次发射任务，也是长征系列运载火箭的第389次飞行。当天22时08分，天舟三号成功对接于空间站天和核心舱后向端口。天舟三号与天和核心舱及天舟二號组合体完成交会对接后，转入三舱（船）组合体飞行状态。