天舟二号货运飞船是中国空间站关键技术验证及建造阶段首飞货运飞船。按照任务规划，天舟二号货运飞船将携带3名航天员消耗品、舱外航天服、平台物资与在轨运行的天和核心舱进行交会对接，为后续飞行任务和空间站进一步开展在轨建造奠定坚实基础。
2021年2月，中国空间站天和核心舱、天舟二号货运飞船等通过评审。5月16日，天舟二号货运飞船已转运至发射区。5月19日，天舟二号货运飞船发射任务全系统准备就绪。
5月29日20时55分，搭载天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭，在文昌航天发射场准时点火发射，21时17分，太阳能帆板两翼顺利展开工作，发射取得圆满成功。
5月30日5时1分，天舟二号货运飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接。
2021年6月17日15时54分,据中国载人航天工程办公室消息，神舟十二号载人飞船入轨后顺利完成入轨状态设置，采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱前向端口，与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱（船）组合体，整个交会对接过程历时约6.5小时。
北京时间2021年9月18日10时25分，天舟二号货运飞船从空间站天和核心舱后向端口分离，并绕飞至前向端口完成自动交会对接，整个过程历时约4小时。
2022年3月31日，中国载人航天工程办公室消息，天舟二号货运飞船已于北京时间3月31日18时40分受控再入大气层。任务顺利完成，飞船绝大部分器件被烧蚀销毁，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。
天舟二号是中国第二个货运飞船。天舟二号采用两舱构型，由货物舱和推进舱组合而成，总长10.6米，最大直径3.35米，最大起飞重量13.5吨，物资上行能力达6.9吨，载货比0.51，在轨寿命不小于1年，供电能力不小于2700瓦。具备全相位自主交会对接能力，可多次完成推进剂在轨补加。
2020年3月27日，天舟二号货运飞船在疫情中完成了真空热试验。试验期间，试验人员采取24小时X14天值班方式，为减少人员流动，将轮岗时间延长到24小时。天舟二号总体主任设计师杨胜介绍，试验时间不压缩、标准未降低，圆满完成了天舟二号货运飞船真空热试验。
2021年5月16日，天舟二号货运飞船与长征七号遥三运载火箭组合体已转运至发射区。飞船携带3人3个月航天员消耗品、2套舱外航天服、平台物资，与先前发射入轨的天和核心舱进行交会对接、推进剂补加和组合体飞行。
2021年5月18日，据中国载人航天工程办公室主任郝淳介绍，天舟二号货运飞船将于5月份实施发射。
2021年5月19日，按照空间站在轨建造计划，将与天和核心舱进行交会对接的首艘货运飞船天舟二号，目前已经完成了发射前的全航区合练。发射场加注、供气等各系统状态良好，具备发射条件。此次发射的天舟二号货运飞船将为天和核心舱进行物资输送和燃料补加，为航天员长期驻留做好准备。目前，飞船已完成推进剂加注，整装待发，任务各系统准备就绪。5月19日，据中国载人航天工程办公室消息，计划5月20日凌晨1时许发射天舟二号货运飞船。5月19日，据中国载人航天工程办公室消息，天舟二号货运飞船发射任务，因技术原因推迟实施，发射时间另行确定。
2021年5月29日20时55分，搭载天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭，在我国文昌航天发射场准时点火发射，约604秒后，飞船与火箭成功分离，精确进入预定轨道，21时17分，太阳能帆板两翼顺利展开工作。发射取得圆满成功。
2021年5月30日，据中国载人航天工程办公室消息，天舟二号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置，于5月30日5时01分，采用自主快速交会对接模式精准对接于天和核心舱后向端口，整个过程历时约8小时。天舟二号携带了航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等，与天和核心舱完成交会对接后，转入组合体飞行阶段，将按计划开展推进剂补加和空间应用项目设备测试等工作。
2021年6月16日，神舟十二号载人飞行任务新闻发布会在酒泉卫星发射中心召开，中国载人航天工程主任助理季启明在发布会上介绍，天和核心舱和天舟二号组合体目前状态良好，满足与神舟十二号交会对接以及航天员进驻的条件。
2021年6月17日15时54分,据中国载人航天工程办公室消息，神舟十二号载人飞船入轨后顺利完成入轨状态设置，采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱前向端口，与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱（船）组合体，整个交会对接过程历时约6.5小时。
北京时间2021年9月18日10时25分，天舟二号货运飞船从空间站天和核心舱后向端口分离，并绕飞至前向端口完成自动交会对接，整个过程历时约4小时。
北京时间2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心按照预定时间精准点火发射，约582秒后，神舟十三号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，飞行乘组状态良好，发射取得圆满成功。天和核心舱和天舟二号、天舟三号组合体已进入对接轨道，状态良好，满足与神舟十三号交会对接的任务要求和航天员进驻条件。
北京时间2022年1月6日凌晨，机械臂成功捕获天舟二号货运飞船。6时12分转位试验开始，天舟二号货运飞船与天和核心舱解锁分离后，在机械臂拖动下以核心舱节点舱球心为圆心进行平面转位；尔后，反向操作，直至货运飞船与核心舱重新对接并完成锁紧。6时59分，经过约47分钟的跨系统密切协同，空间站机械臂转位货运飞船试验取得圆满成功，这是我国首次利用空间站机械臂操作大型在轨飞行器进行转位试验。
北京时间2022年1月8日7时55分，经过约2小时，神舟十三号航天员乘组在地面科技人员的密切协同下，在空间站核心舱内采取手控遥操作方式，圆满完成了天舟二号货运飞船与空间站组合体交会对接试验。试验开始后，天舟二号货运飞船从核心舱节点舱前向端口分离，航天员通过手控遥操作方式，控制货运飞船撤离至预定停泊点。短暂停泊后，转入平移靠拢段，控制货运飞船与空间站组合体精准完成前向交会对接。
北京时间2022年3月27日15时59分，据中国载人航天工程办公室消息，天舟二号货运飞船完成空间站组合体阶段全部既定任务，撤离空间站核心舱组合体。当时，天舟二号飞船状态良好，后续将在地面控制下择机再入大气层。
2022年3月31日，中国载人航天工程办公室消息，天舟二号货运飞船已于北京时间3月31日18时40分受控再入大气层。任务顺利完成，飞船绝大部分器件被烧蚀销毁，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。在轨运行期间，天舟二号货运飞船先后与天和核心舱进行了4次交会对接，按计划完成了飞船绕飞、机械臂转位舱段验证、手控遥操作交会对接等多项拓展应用试验。与空间站分离后，充分利用飞船推进剂余量，成功实施了货运飞船与空间站2小时快速交会试验，为空间站在轨建造和运营管理积累了经验。
2022年是中国载人航天工程立项实施30周年，也是决战空间站建造之年。目前，工程全线正全力开展神舟十三号返回和空间站建造阶段飞行任务准备。
