嫦娥二號衛星（簡稱：嫦娥二號，也稱為“二號星”）是嫦娥壹號衛星的姐妹星，由長三丙火箭發射。但是嫦娥二號衛星上搭載的CCD相機的分辨率將更高，其它探測設備也將有所改進，所探測到的有關月球的數據將更加翔實。
2010年9月29日，中國探月工程新聞發言人發布消息：嫦娥二號衛星和火箭完成發射場區的測試和檢查，測試結果正常，完全滿足發射的技術條件。將於10月1日18時59分57秒在西昌衛星發射中心點火發射，19時整起飛。如果遇到氣候等原因，不能在第壹窗口時間發射，將選擇了10月2日和3日擇機發射。
2010年10月1日18時59分57秒345毫秒，嫦娥二號點火，19時整成功發射。在飛行後的29分53秒時，星箭分離，衛星進入軌道。19時56分太陽能帆板成功展開。
嫦娥二號最終選擇從2號塔位發射升空。2010年9月26日，西昌衛星發射中心的移動塔開始向2號固定發射塔靠攏。中國探月工程新聞發言人正式宣布，嫦娥二號於10月1日的18時59分57秒在西昌衛星發射中心發射到月球，開始月球之旅。
嫦娥二號發射火箭殘骸在10月1日19時11分墜落在江西省吉安市周圍的村子。