2007年10月24日，“嫦娥1号”搭乘“长征3号”甲火箭在巨大轰鸣中顺利发射升空，首先进入运行周期约为16小时的地球同步转移轨道，星箭分离后进行了3次加速，将飞行速度提高到接近第二宇宙速度的10.58km/s，按预定的时间和位置成功进入地月转移轨道，开始向着月球飞去。
由于控制精准，在奔向月球的飞行过程中，科学家取消了两次中途轨道修正。11月5日，卫星接近月球，进入月球捕获轨道，先后进行了3次近月制动，降低飞行速度，将轨道调整为周期127分钟，高度为200km的绕月轨道，经过一段时间的在轨测试，卫星上的遥感仪器相继打开。“嫦娥1号”伴随着北宋词人苏轼名篇“但愿人长久，千里共婵娟”等咏唱，正式进入科学探测的工作状态。