Shenzhou 5 a été lancé le 15 octobre 2003 à 17h00 UTC, du Centre de lancement de satellite Jiuquan dans le Désert de Gobi, par une fusée Longue Marche 2F. La mise sur orbite a eu lieu à 17h10 UTC, à une altitude de 343 km.
La capsule a effectué 14 révolutions en 21 heures, avant de rentrer dans l'atmosphère le 15 octobre à 22h04 UTC. La capsule à touché le sol à 4,8 km de l'endroit prévu, en Mongolie-Intérieure, à 22h28 UTC.
Le module orbital a été laissé en orbite pour effectuer des expériences automatisées jusqu'au 16 mars 2004. Le 30 mai, il est désorbité pour être brûlé dans l'atmosphère, les débris se sont abîmés dans l'Océan Pacifique.