神舟八號於2011年11月1日神舟八號飛船發射升空，進入預定軌道；於2011年11月3日與天宮一號完成剛性連線，形成了組合體；於2011年11月17日返回艙降落於內蒙古中部地區的主著陸場區，完成對接任務。
神舟八號在前期飛船的基礎上，進行了較大的技術改進，全船一共有600多臺套的裝置，一半以上發生了技術狀態的變化，在這中間，新研製的裝置、新增加的裝置佔15%，主要突破是兩個方面：
1、具備了自動和手動交會對接功能，為此新增加和改進了一些裝置。如新研製了異體同構周邊式構型和多種交會對接測量裝置，用於交會對接自主控制的飛行軟體、控制軟體，也是全新設計和研發的。為了滿足交會對接的任務，飛船上增加配置了平移和反推發動機，同時，航天員的手動控制裝置也進行了改進。
2、飛船在前期具備57天自主飛行的能力基礎上，已具備停靠180天的能力。神舟八號電源帆板因為採用了新的太陽電池片，發電能力提高了50%。飛船的降落傘系統和著陸緩衝系統也進行了技術上的改進，提高了使用的可靠性。
