神州一號飛船於1999年11月20日凌晨6時在酒泉航天發射場發射升空，承擔發射任務的是在長征2號捆綁式火箭的基礎上改進研製的長征2號F火箭。在發射點火十分鐘後，船箭分離，並準確進入預定軌道。此次飛行對中國航天意義重大。
飛船入軌後，地面的各測控中心和分佈在太平洋、印度洋上的遠望號測量船對飛船進行了跟蹤測控，同地，還對飛船內的生命保障系統、姿態控制系統等進行了測試。
北京時間11月21日凌晨3時，地面指揮中心向飛船發出返回指令，神舟一號飛船於北京時間11月21日03點41分順利降落在內蒙古中部地區的著陸場，飛船在太空中共飛行了21個小時。
飛船返回艙現收藏於中國科技館。
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