С китайского космодрома Цзюцюань, в северо-западной провинции Ганьсу 16 июня 2012 года, при помощи ракеты-носителя «Чанчжэн-2Ф» запущен пилотируемый корабль «Шэньчжоу-9». В составе экипажа в космос отправилась первая женщина-космонавт Китая Лю Ян, которая готовилась к этому полету более двух лет. В ходе экспедиции она выполняла роль оператора спускаемого модуля и была ответственной за научную часть.

Корабль «Шэньчжоу-9» 18 июня был пристыкован к орбитальному модулю «Тяньгун-1», после чего в течение десяти дней космонавты выполняли на его борту различные научные эксперименты. В свои 33 года майор ВВС Лю Ян налетала более 1 600 часов на самолетах разного типа, а также характеризовалась партией как примерная жена и мать. Это было необходимым условием при подборе экипажа. Вместе с ней в полете приняли участие еще двое коллег - тайконавты Цзин Хайпэн и Лю Ван.

Главная цель запуска «Шэньчжоу-9» - стыковка с космическим модулем «Тяньгун-1». Стыковки с «Тяньгун-1» предусмотрены в автоматическом и ручном режимах. Ручная стыковка осуществляется пилотом корабля «Шэньчжоу-9», в продолжение отработки технологии стыковки, ранее впервые осуществленной беспилотным кораблем «Шэньчжоу-8».

После первой стыковки все три члена экипажа «Шэньчжоу-9» перешли в орбитальный модуль, где в течение десяти дней проводили научные и технологические эксперименты, в том числе медико-биологические, за которые отвечала Лю Ян. На шестой день полета была осуществлена расстыковка и повторная стыковка.

Космический полет завершился 29 июня 2012 года. Корабль совершил посадку во Внутренней Монголии. Продолжительность полета составила 12 суток 15 часов 25 минут и 24 секунды.