天舟三号货运飞船是天舟系列货运飞船的第三次飞行任务，于2021年9月20日15时从中国文昌航天发射场使用长征七号运载火箭发射升空，并在当日的22时08分许与空间站组合体完成在轨自主交会对接。执行本次任务的天舟三号飞船是天宫号空间站的第三艘到访航天器以及第二艘无人货运飞船。自本次任务起，天舟系列货运飞船在空间站建造阶段将保持以6个月为间隔的常态化空间站货运飞行任务频率，长征七号运载火箭也将先保持每年2次左右的发射次数。
2021年9月16日，天舟三号货运飞船与长征七号遥四运载火箭船箭组合体转运至发射区，20日宣布运载火箭已完成推进剂加注，计划于当日15时许发射。
2021年9月20日15时10分，搭载天舟三号货运飞船的长征七号遥四运载火箭，在中国文昌航天发射场点火发射。起飞596.6秒后船箭分离进入预定轨道。当日15时22分，太阳能帆板两翼展开。本次发射任务代号为“TGHY2/TZ-3”。同日22时08分，与天和核心舱后向端口完成自主快速交会对接，历时约6.5小时。
2021年10月17日9时50分，神舟十三号航天员乘组进入天舟三号飞船。
2022年4月20日5时2分，天舟三号货运飞船从空间站天和核心舱后向端口分离，之后绕飞至前向端口，并于9时6分完成自动交会对接。
2022年6月6日下午，神舟十四号航天员乘组进入天舟三号货运飞船。
2022年7月17日10时59分，天舟三号货运飞船完成全部既定任务，撤离空间站组合体。天舟三号与天和核心舱组合体分离后开展了空间技术试验。
2022年7月27日11时31分，天舟三号货运飞船受控再入大气层，飞船绝大部分器件被烧蚀销毁，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。
天舟三号货运飞船主要为空间站上行运送航天员生活物资、推进剂、平台物资及出舱消耗品、部分试验载荷等补给物资。考虑到女性组员需要，也首次运送了特别为无重力环境研制的“美容护肤品”等太空用女性卫生品。
推进舱具有配置8个推进剂贮箱和配置4个推进剂贮箱两种状态，两种状态均具备推进剂补加能力，天舟三号货运飞船配置4个贮箱。货物仓货包数量约200个，以彩色束缚带捆绑，颜色有深蓝、浅蓝、绿色、紫色、棕色等，其中浅蓝色代表航天员物资，深蓝色代表空间站物资，绿色代表食品等。
另外本次任务将携带正常驻留3人180天量和应急驻留3人10天量、1套舱外航天服、第二批平台物资。装载的货包数量相比天舟二号货运飞船增加了25%，不过燃料仅为天舟二号货运飞船的一半。
研制中的天舟三号飞船
研制中的天舟三号飞船
研制中的天舟三号飞船
发射
光学图像
舱内画面
宣布发射成功的“大红屏”
前次任务：神舟十二号· 下次任务：神舟十三号
