20 сентября 2021 года. В 07:10:11.392 UTC с пусковой установки №201 космодрома Вэньчан был выполнен пуск РН «Чанчжэн-7» (CZ-7 Y4) с грузовым космическим кораблем «Тяньчжоу-3». Старт и выведение прошли успешно, на 597-й секунде полета корабль был выведен на близкую к расчетной орбиту с параметрами 200 х 332 км х 41,6 град. После развертывания солнечных батарей на 13-й минуте от старта и антенны для связи через спутник-ретранслятор запуск признали успешным. В 14:08 UTC корабль в автоматическом режиме пристыковался к хвостовому узлу Базового модуля «Тяньхэ».
17 июля 2022 года. В 02:59 UTC (10:59 по пекинскому времени) грузовой космический корабль «Тяньчжоу-3» отстыковался от космической станции.
26 июля 2022 года. В 03.31 UTC (11.31 по пекинскому времени) под контролем специалистов наземных служб вошел в атмосферу Земли и практически полностью сгорел. Небольшое количество обломков упало в заданном районе южной части Тихого океана.