Nach einer erfolgreichen Demonstrationsmission im Herbst 2009 startete am 22.01.2011 um 05:38 UTC das zweite japanische H-​II Transfer Vehicle vom Tanegashima Space Center. Die H-​IIB Mod. 304  Rakete brachte das rund 16,5 Tonnen schwere HTV 2 (Kounotori 2) Frachtraumschiff auf eine erdnahe Bahn. Da diesmal auf die Mitnahme erweiterter Treibstoffreserven und zusätzlicher Batteriekapazitäten verzichtet werden konnte, stieg die Nutzlast der HTV 2 Mission auf rund 5.300 kg (davon 4.000 kg im druckbeaufschlagten Bereich und weitere 1.300 kg extern). Eine Reihe von Detailverbesserungen waren zudem eingeführt worden, die u.a. mehr Stauraum im Pressurized Logistics Carrier schufen. Diesmal wurden im PLC Raum u.a. zwei Wissenschafts-​Racks der JAXA untergebracht, dazu mehrere Säcke mit aufbereitetem Trinkwasser nach NASA Standard. Zukünftig sollten die HTV bis zu 600 kg Wasser zur ISS transportieren. Diesmal waren es lediglich 80 kg. Um das „Purified Water“ liefern zu können, war in Tanegashima extra eine Aufbereitungsanlage errichtet worden. Im Unpressurized Logistics Carrier (ULC) Bereich waren dagegen der Flex Hose Rotary Coupler (FHRC), ein Ersatzteil für das Ammoniak-​Kühlsystem der ISS, und ein Cargo Transport Container (CTC) für die NASA untergebracht. Am 27.01.2011 hatte Kounotori 2 seine Warteposition nahe der ISS erreicht und wurde um 14:51 UTC mit dem Manipulatorarm der Station gegriffen und am „Harmony“ Modul angedockt. Sechzehn elektrisch betriebene Bolzen sicherten die hermetische Verriegelung. Am 18.02.2011 erfolgte zwischen 11:30 UTC und 16:50 UTC ein Umsetzen zum Zenit-​Port von „Harmony“ um einen ausreichenden Sicherheitsabstand zur geöffneten Nutzlastbucht des Space Shuttle „Discovery“, dessen Start in wenigen Tagen erfolgen sollte, sicherzustellen. Nach der Rückkehr des Shuttle zur Erde wurde Kounotori 2 am 10.03.2011 zwischen 11:00 UTC und 16:20 UTC wieder an den Nadir-​Port zurückversetzt. Am nächsten Tag sollte die Crew das Modul wieder betreten können. Doch der Flugplan wurde durcheinander geworfen. Denn am 11.03.2011 hatte ein schweres Erdbeben die Tōhoku–Region erschüttert. Auch im Kontrollzentrum Tsukuba kam es zu erheblichen Schäden. Vor allem aber wurde auch die Seekabelverbindung von dort nach Houston durchtrennt. Zum dortigen Backup-​Kontrollzentrum bestand damit nur eine eingeschränkte Internet-​Verbindung. Doch rechtzeitig bis zum geplanten Undocking konnte ein geordneter Betrieb wieder aufgenommen werden. Planmäßig am 28.03.2011 um 13:43 UTC lösten sich die Verankerungen und mit dem Canadarm2 wurde das HTV wieder von der Station weggeschwenkt und schließlich freigesetzt. Zwei Tage später, am 30.03.2011, steuerte das Kontrollzentrum Kounotori 2 dann in die Atmosphäre, wo der Frachter in der Atmosphäre verglühte. Mit dem Wiedereintritt verbunden war ein letztes Experiment. Dazu hatte die Crew im HTV einen Re-​Entry Breakup Recorder installiert. Der REBR sollte Daten zum Wiedereintrittsverhalten des HTV sammeln und per Satellit übermitteln. Zwei dieser Geräte hatte das HTV angeliefert. Während eines in dem Raumschiff verblieb, wurde das zweite Exemplar im europäischen ATV 2 installiert, bevor dieses im Juni 2011 in die Atmosphäre steuerte. Leider lieferte nur der REBR von Kounotori 2 Daten zum Wiedereintrittsverhalten, die nach der „Landung“ im Meer abgerufen werden konnten.