嫦娥二号卫星（简称：嫦娥二号，也称为“二号星”）是嫦娥一号卫星的姐妹星，由长三丙火箭发射。但是嫦娥二号卫星上搭载的CCD相机的分辨率将更高，其它探测设备也将有所改进，所探测到的有关月球的数据将更加翔实。
2010年9月29日，中国探月工程新闻发言人发布消息：嫦娥二号卫星和火箭完成发射场区的测试和检查，测试结果正常，完全满足发射的技术条件。将于10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心点火发射，19时整起飞。如果遇到气候等原因，不能在第一窗口时间发射，将选择了10月2日和3日择机发射。
2010年10月1日18时59分57秒345毫秒，嫦娥二号点火，19时整成功发射。在飞行后的29分53秒时，星箭分离，卫星进入轨道。19时56分太阳能帆板成功展开。
嫦娥二号最终选择从2号塔位发射升空。2010年9月26日，西昌卫星发射中心的移动塔开始向2号固定发射塔靠拢。中国探月工程新闻发言人正式宣布，嫦娥二号于10月1日的18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射到月球，开始月球之旅。
嫦娥二号发射火箭残骸在10月1日19时11分坠落在江西省吉安市周围的村子。