神舟五号载人航天飞行任务主要是全面考核工程载人环境，获取航天员空间生活环境和安全的有关数据，全面考核工程各系统工作性能、可靠性、安全性和系统间的协调性。飞船乘坐一名航天员，飞行约一天，在绕地球飞行的第14圈返回。航天员可以按照预先规定的程序和地面指令手动补发船箭分离、帆板展开等重要指令。飞船具有自主应急返回和人工控制返回以及第2天、第3天返回的能力。
长征2F运载火箭由四个助推器、一级、二级、整流罩和逃逸塔组成，火箭全长58.34米；起飞质量479.8吨。火箭上部整流罩、逃逸塔和飞船轨道舱、返回舱组成逃逸飞行器。
根据计划安排，我国首次载人飞行于2003年10年15月至16日实施。
载人飞船和运载火箭在发射场的技术区完成总装、测试后，进入发射区加注推进剂。
发射前16小时，从航天员三人首飞梯队中，选优确定了首飞航天员杨利伟，发射前约2小时45分航天员进入飞船。
杨利伟，辽宁兴城人，1965年6月出生，大学文化，上校军衔。原空军1级飞行员，飞行时间1300小时。1998年1月，成为中国首批航天员。
10月15日北京时间9:00，火箭一级发动机和4个助推发动机同时点火；火箭飞行120秒逃逸塔分离，137秒助推器分离，159秒火箭一、二级分离，200秒整流罩分离，460秒二级主发动机关机，587秒船箭分离，飞船进入倾角42.4度、近地点高度199.14公里、远地点高度347.8公里的椭圆轨道。入轨后，飞船建立轨道运行姿态，展开推进舱上的太阳能电池阵，对太阳定向，并在第5圈实施变轨，进入343公里圆轨道。
飞行期间，地面与航天员保持密切联系，通过生理遥测参数，了解航天员的身体状态；航天员监视飞行过程中重要指令的执行以及飞船运行状态。
神舟五号载人飞船在轨自主运行14圈返回地球。在返回的前一圈，由地面测控站向飞船注入返回制动精确参数。飞船偏航调姿90度，轨道舱与飞船分离。再偏航调姿90度并制动进入返回轨道，在高度降为145公里时，推进舱与返回舱分离。返回舱再入大气层，穿越“黑障区”后进入主着陆场上空，按程序开伞减速，在下降至地面约1米左右时，着陆缓冲发动机点火工作。返回舱于2003年10月16日北京时间6:23安全着陆，首飞航天员杨利伟在飞行21小时23分后顺利返回，自主出舱。此后，轨道舱继续留轨飞行约半年，开展有关的空间科学实验和技术试验。
执行此次飞行任务的陆海基测控通信网站点主要有：3个指挥控制中心、10个测控站和四艘远望号测量船。利用国际卫星组织和亚太公司布于太平洋、印度洋上空的6颗卫星作为通信支持，完成对运载火箭和飞船测控信息数据的传递和交换。
主着陆场位于内蒙古自治区赛汉塔拉以西的阿木古朗草原。承担飞船搜索回收任务的有主着陆场前置雷达和测控站、空中搜索分队（配备直升机）和地面搜索分队（配备10辆特种车）。
为在出现应急情况时保证航天员的安全，上升段在陆上设立了4个应急救生点，配备9架直升机及地面搜救车辆执行搜救任务。在海上设立了3个应急救生区，派出6艘救援船只，并配有2架巡逻机和1架船载直升机完成应急搜救任务，此外，在运行段，为实施自主应急返回，在国内外共安排了10个飞船自主应急返回救生区。
