Shenzhou 5 diluncurkan pada pukul 01.00 UTC (09.00 waktu setempat) dari Kosmodrom Jiuquan dengan menggunakan wahana peluncur Long March 2F. Tempat peluncuran itu berada di Gurun Gobi.
Pada pukul 01.10 UTC, orbit target mencapai ketinggian 343 km. Secara keseluruhan, Shenzhou 5 mendarat 21 jam kemudian setelah mengitari Bumi sebanyak 14 kali sebelum akhirnya mendarat pada pukul 22.23 UTC tanggal 16 Oktober di Mongolia Dalam, meleset 4.800 meter dari tempat peluncuran awal.
Bagian kedua dari modul diluncurkan mengelilingi Bumi pada tanggal 16 Maret2004 dalam rangka percobaan ilmiah. 14 hari kemudian, sebuah modul orbit terbakar di atmosfer dan jatuh di Samudera Pasifik.
