Trotz des Zwischenfalls bei der ersten kommerziellen Nachschubmission zur ISS mit der „Dragon“ Kapsel (Triebwerkszerleger) wirkten die Vorbereitungen auf den CRS 2 Flug um Februar 2013 bereits routiniert. Die Falcon Rakete hatte den spektakulären Triebwerksausfall im Oktober 2012 zwar überstanden und ihre Fracht auf einem noch akzeptablen Orbit abgeliefert. Dennoch wurden von SpaceX Maßnahmen ergriffen, um benachbarte Triebwerke noch besser vor den Auswirkungen einer Explosion zu schützen. Und natürlich ein solches Ereignis überhaupt zu vermeiden. Davon abgesehen zeugten die Startvorbereitungen für den dritten „Dragon“ Flug von der zunehmenden Professionalität. Am 25.02.2013 erfolgte auf der Startrampe eine letzte Testzündung der Erststufentriebwerke, das Wet Dress Rehearsal. Der druckbeaufschlagte Frachtraum der „Dragon“ wurde mit netto 575 kg Fracht beladen (mit Verpackung 677 kg), hauptsächlich Nachschub für Experimente und Ersatzteile. Besondere Bedeutung hatte aber die Demonstration der Fähigkeit des „Dragon“ Raumschiffs, im sogenannten „Trunk“, dem Adapter zur Rakete, Außenfracht mitzunehmen. Dabei handelte es sich diesmal um zwei Ersatzteile für die Radiatoren der ISS, sogenannte Heat Rejection Subsystem Grapple Fixtures (HRSGFs). Am 01.03.2013 um 15:10 UTC hob die Falcon 9 Block 1 dann pünktlich auf die Sekunde von Cape Canaveral ab. Der weitere Aufstieg der Rakete verlief ebenso programmgemäß, so daß bereits die ersten Erfolgsmeldungen öffentlich gemacht wurden, als SpaceX unerwartet die Direktübertragung des Starts abbrach, bevor die Solarzellenflächen entfaltet waren. Unmittelbar darauf verlautete, daß es nach dem Aussetzen der „Dragon“ zu einer Anomalie gekommen war. Wie sich zeigte, waren aber nicht die Solarzellenflächen das eigentliche Problem, sondern die Manövriertriebwerke. Drei von vier Triebwerksgruppen ließen sich nicht aktivieren. Daraufhin initiierte der Bordcomputer ein Notfallprogramm, bei dem auch die Entfaltung der Solarzellen zurückgestellt wurden. Innerhalb mehrerer Stunden gelang es schließlich, die blockierten Ventile in den Zuleitungen zu den Triebwerken zu lösen und ein erstes Bahnmanöver zu fliegen. Damit war zwar der ursprüngliche Zeitplan für Rendezvous und Docking nicht mehr zu halten, die Mission konnte aber fortgeführt werden. Am 03.03.2013 erreichte die „Dragon“ den letzten Haltepunkt vor der ISS, wo sie mit dem SSRMS „eingefangen“ und um 13:56 UTC an den Berthingport umgesetzt wurde. Sechzehn elektrisch betriebene Bolzen sicherten das Frachtraumschiff am „Harmony“ Modul der Raumstation. Einige Stunden später wurde der Zugang zum Frachtraum aus dem Inneren der ISS geöffnet. Zwei Tage später war die Fracht entladen. Am 06.03.2013 auch die Außenfracht aus dem „Trunk“. Vor der Rückkehr zur Erde mußte die „Dragon“ nun wieder beladen werden, was mehr Zeit in Anspruch nahm. Auch weil der Umfang der Fracht, die zur Rückkehr vorgesehen war, deutlich größer war. Über 1.200 kg mußten verstaut werden, darunter auch empfindliche biologische Proben, deren Kühlung unbedingt aufrechterhalten werden mußte. Wegen zu hohem Seegang im für die Landung reservierten Seegebiet mußte die Rückkehr zur Erde um einen Tag verschoben werden. Am 26.03.2013 war es dann aber soweit. Die „Dragon“ löste sich um 08:10 UTC wieder von der ISS und wurde vom Manipulatorarm in sicherem Abstand freigegeben. Eine Serie von Triebwerkszündungen brachte den Frachter zunächst auf Distanz zur ISS und dann auf einen Rückkehrkurs. Nach der Abtrennung von „Trunk“ und Solarzellenflächen trat die Kapsel in die unteren Atmosphärenschichten ein und ging am 26.03.2013 um 16:34 UTC in Sichtweite des Bergungsschiffs „American Islander“ vor der Küste Kaliforniens sicher nieder.
Details zu den Problemen mit den Triebwerken der „Dragon“ wurden noch im Laufe der Mission öffentlich gemacht. Weitere Informationen folgten nach der Landung. Demnach waren bei drei von vier Triebwerks „Pods“ die Ventile in den Treibstoffzuleitungen umkonstruiert worden. Am Boden gab es mit dem neuen Design keine Probleme. Doch im praktischen Einsatz blockierten die Ventile in der Oxidator-​Zuleitung. Da die „Dragon“ zunehmend unkontrolliert zu rotieren begann, war es extrem schwierig, neue Kommandos zu übermitteln. Lediglich 2 kbps wurden erreicht. Erst mit Unterstützung der USAF konnte eine ausreichend stabile und schnelle Kommunikation aufgebaut werden, über die Kommandos zum wiederholten Öffnen und Schließen der Hauptventile gegeben werden konnten, die schließlich auch die blockierten „Check Valves“ lösten.