Der dritte unbemannte Erprobungsflug des chinesischen Shenzhou Raumschiffs begann am 25.03.2002 um 14:15 UTC. Seit dem Rollout zum Startkomplex in Jiuquan waren nahezu drei Monate vergangen. Doch auf der Rampe wurde ein defekter Steckverbinder entdeckt, was eine gründliche Überprüfung und den Austausch aller ähnlichen Komponenten nach sich zog. Dazu mußte die Rakete zurückgerollt, demontiert und ins Herstellerwerk zurücktransportiert werden. Bei der Überprüfung wurden zehn weitere Defekte am Shenzhou Raumschiff aufgedeckt, die bis dahin allen Kontrollen entgangen waren. Doch schließlich wurden Kapsel und Rakete für flugbereit erklärt und die CZ-​2 F Rakete, die erstmals ein (inaktives) Rettungsraketensystem an der Spitze trug, brachte Shenzhou 3 auf den vorgesehenen Orbit. Zahlreiche weitere Systeme waren ebenfalls erstmals funktionstüchtig in das Raumschiff integriert worden. Ein Raumfahrerdummy im Raumanzug simulierte einen Menschen an Bord und testete unter realistischen Bedingungen das Lebenserhaltungssystem. Der Flug wurde aber auch genutzt, um insgesamt 44 wissenschaftliche Experimente auszuführen. Darunter ein abbildendes Radiometer mittlerer Auflösung, das in einem Container am Bug des Orbitalmoduls installiert war. Das Instrument operierte in 34 Spektralbändern und zählte zu den besten Sensoren dieser Art weltweit. In der Landesektion war dagegen vor allem eine biologische Nutzlast untergebracht, so z.B. unausgebrütete Eier einer einheimischen Hühnerrasse, welche nach der Landung auf der Erde ausgebrütet wurden. Derart sollten die Auswirkungen der kosmischen Bedingungen auf die Tierembryonen untersucht werden. Erfolgreich verliefen wie schon beim Flug von Shenzhou 2 die Bahnmanöver, deren erstes noch am Starttag erfolgte. Am 01.04.2002 kehrte die Landesektion von Shenzhou 3 zur Erde zurück und landete sicher um 08:51 UTC am Fallschirm in der Inneren Mongolei. Im Gegensatz zum vorangegangenen Flug wurden diesmal auch wieder Fotos veröffentlicht, die die gelungene Landung bestätigten. Das Orbitalmodul verblieb dagegen weiter im Orbit und manövrierte sogar, um die Bahnhöhe zu halten. Erst im Oktober 2003 wurde offiziell das Ende der Mission verkündet und wenige Tage später, am 12.11.2003 verglühte die Orbitalsektion.