2016年9月15日22时04分09秒，“天宫二号”空间实验室由长征二号F T2火箭发射升空。 这意味着，中国成功发射了真正意义上的空间实验室，即实现了载人航天工程“三步走”战略的第二步。
“天宫二号”空间实验室发射后，将开展在轨测试并建立自主运行模式，做好迎接“神舟十一号”载人飞船、“天舟一号”货运飞船的对接的准备，为下一步建造空间站打下基础。
在天宫二号发射之后，神舟十一号载人飞船则将于10月中下旬升空。天宫二号将与神舟十一号载人飞船在距地面393公里的轨道高度交会对接。
“这与未来空间站的轨道高度基本相同，”据新华社报道，中国载人航天工程办公室副主任武平14日在酒泉卫星发射中心表示。武平强调，天宫二号与神舟十一号载人飞行任务，是最接近未来我国空间站轨道要求的一次载人飞行任务，也是目前我国空间应用项目最多的一次载人飞行任务。
神舟十一号飞行任务是我国第6次载人飞行任务。航天员将乘载神舟十一号飞船与天宫二号对接后，计划在天空二号驻留30天，加上独立飞行的3天，总飞行时间从神舟十号的15天增加到33天，将是我国持续时间最长的一次载人飞行任务。