2013年12月2日凌晨1时30分，嫦娥三号探测器四川西昌成功发射，开启了奔向月球的旅程，预计12月中旬，“嫦娥三号”将择机在月球虹湾地区实现软着陆。随后，国产“玉兔”号月球车将在月球表面进行巡视、勘察，并利用携带的仪器对月球结构和资源、地球等离子体，地外天体进行科学探测。
“这是中国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务。‘零窗口’发射成功后，嫦娥三号的考验才刚刚开始。”探月工程总设计师吴伟仁说，嫦娥三号至少还需要迈过六道“坎”，包括月面软着陆、两器分离、月地间遥操作、月面生存、测控通信和地面试验验证。
由着陆器和“玉兔”号月球车组成的嫦娥三号月球探测器，总重近3.8吨。在月球表面软着陆后，“玉兔”号将驶离着陆器进行为期约3个月的科学探测，着陆器则在着陆地点进行就位探测。
资料显示，此次“玉兔”号月球车携带的监测仪器，包括近紫外月基天文望远镜、极紫外相机，巡视器上携带了测月雷达。这些都是世界月球探测史上的创举。一个测月雷达，会发射电磁波，并分析月球土壤厚度、内部结构等;一个粒子激发X射线谱仪，用来做化学成分分析;有红外光谱仪，用来测月壤矿物等。
嫦娥三号除了使用嫦娥二号已经验证的部分数据，还将增加测距测速雷达和激光测距仪。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星，但将完成不同的探测任务。
吴伟仁表示，我国有望在2020年前实现月球无人采样返回，从而完成无人探月工程“绕、落、回”三个探测阶段，为下一步载人探月奠定基础。
