2013年12月2日凌晨1时30分，嫦娥三号月球探测器搭载长征三号乙火箭发射升空。这是继07年嫦娥一号、10年嫦娥二号之后，我国发射的第3颗月球探测器，也是首颗月球软着陆探测器。嫦娥三号携带有一台无人月球车，重3吨多，是我国设计最复杂的航天器。

与嫦娥一号发射时采用调相轨道不同，这次长征三号乙火箭将直接将嫦娥三号送入地月转移轨道。火箭第三级在进入地月轨道后，才与嫦娥三号分离，之后嫦娥三号经过若干次中途轨道修正，即可抵达月球。

嫦娥三号在接近月球时，主发动机点火减速，以被月球引力捕获进入椭圆形绕月轨道。之后，嫦娥三号还要进行2次减速，精确进入100公里高度的圆形绕月轨道。嫦娥三号在圆形轨道上待机，时机适合才能实施月球软着陆。

着陆阶段，嫦娥三号要先点火减速，进入100公里×15公里椭圆形轨道。然后在15公里近月点，主发动机开始长时间启动减速，到距月面2公里高度时速度降至0。随后，嫦娥三号将姿态改为悬停式垂直下降，并自动寻找平坦月面，实施着陆。

嫦娥三号着陆后，释放搭载在顶部的月球车。嫦娥三号将与月球车一起开展为期90天的探月任务，包括月面多光谱成像、月基天文观测、月壤结构及成分分析等。其中的月壤分析需月球车将月壤抓取在车内进行分析。

月球车会将月面多光谱成像、月基天文观测、月壤分析等的数据及月表照片传回地球。此外分开工作的着陆器和月球车可互相监视，用各自携带的相机“互拍”，届时着陆器就会拍下月球车上的国旗标志，再传回地面。

玉兔”号月球车的设计寿命为三个月。任务结束后，嫦娥三号(包括着陆器和月球车)将停留在月球，不再回到地球。