发射天宫一号目标飞行器后，将依次发射神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船与其进行交会对接，其中，神舟八号飞船不载人，神舟九号飞船是否载人，将根据神舟八号任务评估情况决策，神舟十号飞船执行载人飞行。
天宫一号与神舟八号
发射时间 ：2011年11月1日5时58分运载火箭 ：新型长征二号F遥八火箭发射地点 ：酒泉卫星发射中心任务概况 ：天宫一号/神舟八号交会对接任务标志着我国空间交会对接技术取得重大突破，实现了我国空间技术的重大跨越，是我国载人航天事业发展历程中的重要里程碑。
2011年11月3日，天宫一号与神舟八号飞船成功完成我国首次空间飞行器自动交会对接任务，并进行了二次自动交会对接。我国也由此成为世界上第三个独立掌握航天器空间交会对接技术的国家。
1. 首次交会对接任务技术状态
首次交会对接为无人自动交会对接试验，对接目标飞行器为天宫一号，追踪飞行器为神舟八号飞船。神舟八号飞船为改进型载人飞船，沿用返回舱、推进舱和轨道舱三舱结构，全长9米，舱段最大直径2.8米，起飞质量 8082千克。增加了微波雷达、激光雷达、CCD敏感器等交会测量设备，以及主动式对接机构，具备自动和手动交会对接与分离功能。对接机构采用导向板内翻式的异体同构周边式构型，对接后可形成0.8米的航天员转移通道。
2.首次交会对接任务飞行程序
交会对接飞行过程分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段和分离撤离段。远距离导引段自神舟八号飞船入轨后开始，在地面测控通信系统的导引下，神舟八号飞船经五次变轨，从初始轨道转移到330 千米的近圆轨道，在距天宫一号目标飞行器后下方约52千米处，与天宫一号目标飞行器建立稳定的空空通信链路，开始自主导航。自主控制段经历寻的、接近和平移靠拢三个阶段，神舟八号飞船通过交会对接测量设备，自主导航至与天宫一号目标飞行器接触，自主控制飞行过程约144分钟。对接段从对接机构接触开始，在15 分钟之内完成捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程，最终实现两飞行器刚性连接，形成组合体。组合体飞行段由天宫一号目标飞行器负责组合体飞行控制，神舟八号飞船处于停靠状态。组合体飞行12天左右，择机进行第二次交会对接试验。对接机构解锁后，两飞行器分离，神舟八号飞船撤离至距天宫一号目标飞行器140 米处停泊，按照对接程序进行第二次交会对接，再次构成组合体。组合体继续飞行2天后，进入分离撤离段，两飞行器再次分离，神舟八号飞船撤离至距天宫一号目标飞行器 5千米外的安全距离，交会对接试验结束。尔后，神舟八号飞船按预定返回程序飞行，返回舱返回主着陆场；天宫一号目标飞行器变轨升至高度约370千米自主飞行轨道运行，等待下一次交会对接。
天宫一号与神舟九号
发射时间 ：2012年6月16日18时37分运载火箭 ：新型长征二号F遥九火箭发射地点 ：酒泉卫星发射中心任务概况 ：神九任务圆满成功标志着载人航天工程第二步任务取得了重大成果，为今后的载人航天的发展、空间站的建设奠定了良好的基础。
天宫一号与神舟九号载人交会对接任务的主要目的，一是首次验证手控交会对接技术，进一步验证自动交会对接技术；二是全面验证目标飞行器保障支持航天员生活工作的功能、性能，以及组合体管理技术，首次实现地面向在轨飞行器进行人员和物资的往返运输与补给，开展航天医学实验及有关关键技术试验。
1.任务技术状态
天宫一号目标飞行器已在轨运行约260天，运行稳定、状态良好，满足执行交会对接任务要求。神舟九号飞船与神舟八号飞船技术状态基本一致，为进一步提高安全性与可靠性，进行了部分技术状态更改。飞船全长9米，舱段最大直径2.8米，起飞质量不大于8130千克。
2.任务飞行程序
神舟九号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射。飞行乘组由3名航天员组成，其中1名为女航天员；飞船在轨飞行十余天，计划安排飞船与天宫一号进行两次交会对接，第一次为自动交会对接，第二次由航天员手动控制完成。神舟九号飞船发射前约20天，天宫一号目标飞行器开始降轨调相，进入高度约为343千米的近圆对接轨道，建立载人环境，等待与飞船交会对接。飞船发射入轨后，按预定程序完成与目标飞行器自动交会对接。神舟九号与天宫一号自动对接形成组合体。航天员在地面指挥与支持下，完成组合体状态设置与检查，依次打开各舱段舱门，通过对接通道进入天宫一号实验舱。组合体飞行期间，由目标飞行器负责飞行控制，飞船处于停靠状态。3名航天员在飞船轨道舱内就餐，在天宫一号内进行科学实验、技术试验、锻炼和休息。
航天员手控交会对接的主要过程是：3名航天员返回飞船，依次关闭各舱段舱门。飞船自主撤离至距目标飞行器约400米处，然后自主控制接近目标飞行器，在140米处停泊，转由航天员手动控制。航天员通过操作姿态和平移控制手柄，瞄准目标飞行器十字靶标，控制飞船逐步接近目标飞行器，至对接机构接触，完成手控交会对接。3 名航天员再次进入天宫一号驻留。飞船返回前，3名航天员返回飞船返回舱。两飞行器分离，航天员手动控制飞船撤离至140米处，飞船转为自主控制，继续撤离至5公里外安全距离。
2012年6月18日，天宫一号与神舟九号飞船成功进行首次载人交会对接，景海鹏、刘旺、刘洋三名航天员首次进入天宫一号。6月24日12时55分，航天员刘旺操控飞船与天宫一号对接，实现了首次手控交会对接。 中国载人航天工程总设计师周建平表示，手控交会对接成功标志着工程全面验证了载人交会对接技术。
天宫一号与神舟十号
发射时间 ：2013年6月11日17时38分运载火箭 ：长征二号F遥十火箭发射地点 ：酒泉卫星发射中心任务概况 ：神十任务实现了中国载人航天飞行任务的连战连捷，为工程第二步第一阶段任务划上了圆满的句号，也为后续载人航天空间站的建设奠定了良好的基础。
天宫一号与神舟十号载人交会对接任务的主要目的，一是进一步考核载人天地往返运输系统的功能和性能；二是进一步考核组合体保障航天员生活、工作和健康的能力，以及航天员执行飞行任务的能力；三是进行航天员空间环境适应性、空间操作工效研究，开展航天器在轨维修等试验和科普教育活动。
1.任务技术状态
天宫一号目标飞行器已在轨运行610多天，运行稳定，所有设备状态良好，推进剂等消耗性资源满足执行后续任务要求。神舟十号飞船与神舟九号飞船技术状态基本一致，为全长9米，舱段最大直径2.8米。
2.任务飞行程序
神舟十号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射。飞行乘组由3名航天员组成，其中1名为女航天员；飞船在轨飞行十余天，计划安排飞船与天宫一号进行两次交会对接，第一次为自动交会对接，第二次由航天员手动控制完成。神舟十号飞船发射前约20天，天宫一号目标飞行器开始降轨调相，进入高度约为343千米的近圆对接轨道，建立载人环境，等待与飞船交会对接。飞船发射入轨后，按预定程序完成与目标飞行器自动交会对接，此过程同天宫一号与神舟九号交会对接基本一致。神舟十号与天宫一号自动对接形成组合体后，航天员进入天宫一号实验舱。组合体飞行期间，由目标飞行器负责飞行控制，飞船处于停靠状态。组合体飞行约10天左右，3名航天员返回神舟十号飞船，飞船与天宫一号分离，由航天员手动控制完成飞船与天宫一号第二次交会对接。对接完成后3名航天员再次进驻天宫一号。组合体飞行期间，将开展数十项空间科学实验和技术试验，并向全国中小学生进行太空知识科普授课。
2013年6月13日13时18分，神舟十号飞船与天宫一号实现自动交会对接，16时17分，航天员顺利进驻天宫一号。6月20日10时04分至52分，航天员王亚平在聂海胜、张晓光的配合下，为全国6000多万中小学生进行了太空授课，演示了失重环境下一些独特的物理现象，并进行了天地互动交流。6月23日8时26分，在张晓光和王亚平的密切配合下，指令长聂海胜手动控制神舟十号与天宫一号分离并撤离至天宫一号一定距离处，随后，手动控制神舟十号飞船于10时07分再次与天宫一号成功对接，航天员再次进驻天宫一号。6月25日7时05分，神舟十号飞船自动撤离天宫一号。尔后，开展了飞船绕飞等技术试验。6月26日7时19分，飞船进入返回程序，返回舱与8时07分准确降落在预定区域。 在轨飞行期间，按预定计划开展了一系列的空间科学实验和技术试验，3名航天员在轨正常工作和生活。
