2016年9月15日22时04分，伴随着酒泉卫星发射中心指挥控制大厅"点火"指令的发出，承载着天宫二号空间实验室的长征二号F火箭在酒泉卫星发射中心腾空而起，奔向太空。约600秒后，器箭分离成功，之后约140秒后，天宫二号空间实验室太阳帆板展开正常，标志着天宫二号发射任务取得圆满成功。
五院天宫二号发射场试验队充分发扬载人航天精神，在发射场工作的68天里始终坚持"首飞标准"，夯实"载人意识"，圆满完成了发射场全部技术流程工作，确保了天宫二号以完美状态奔赴太空。发射当天，试验队制定了严密的发射日组织实施计划，全体队员士气昂扬、精诚团结、精心操作，从当天-9小时40分开始，直至发射后天宫二号入轨、太阳帆板展开、前置设备断电、人员撤离结束，环环相扣，严丝合缝，打赢了关键时期关键一战。
发射当天，集团公司雷凡培董事长、杨保华副总经理、五院张洪太院长、赵小津书记等领导亲临现场检查和指导发射前准备工作，当晚亲自坐镇指挥中心。
空间实验室任务阶段由四次飞行任务组成，分别是长征七号飞行任务、天宫二号、神舟十一号和天舟一号飞行任务。其中，天宫二号是我国载人航天工程二步二阶段的首发飞行器，是第一艘真正意义的空间实验室，它后续将与"神舟十一号"载人飞船和"天舟一号"货运飞船交会对接，并共同执行航天员中期驻留任务、在轨维修技术试验任务、推进剂在轨补加任务，开展一系列空间应用科学实验、航天医学实验、空间站技术验证试验等任务，为第三步建造空间站提前开展相关技术验证。作为整个空间实验室任务的关键之战，天宫二号发射的圆满成功，为后续任务的顺利推进奠定了坚实基础。
