神舟三号飞船由中国航天科技集团公司所属的中国空间技术研究院和上海航天技术研究院为主研制,“长征二号F”运载火箭由中国运载火箭技术研究院为主研制。这次发射是长征系列运载火箭第66次飞行。神舟三号飞船于2002年3月25日22时15分,在酒泉卫星发射中心由“长征二号F”大推力运载火箭发射升空。飞船按照预定轨道,环绕地球飞行了108圈。飞船在轨运行期间在北京航天指挥控制中心的统一调度下,分布在大西洋、太平洋、印度洋上的“远望”一、二、三、四号航天测量船及有关地面测控站,对飞船成功地实施了跟踪、测量与控制。当神舟三号飞船环绕地球飞行第107圈到达南大西洋上空时,守候在那里的“远望”三号船向其发出了返回指令。飞船接受指令后,即由飞行姿态调整为返回姿态,返回舱与轨道舱分离,随即制动发动机点火,推动返回舱穿越大气层,在内蒙古中部地面成功着陆。担负飞船回收任务的西安卫星测控中心着陆场站,在陆军航空兵部队和有关部门的配合下,对飞船返回舱成功地进行了回收。科技人员在回收现场开启返回舱,取出细胞生物反应器和蛋白质实验装置,对其实施了保护措施并送上专机运回北京。神舟三号飞船在完成空间科学和技术试验任务后在内蒙古中部预定区域准确降落,我国载人航天工程第三次飞行试验获得圆满成功。