Aan boord bevond zich een dummy die net als een echte mens medische signalen doorstuurde naar het vluchtleidingscentrum zoals hartslag, ademhaling en eetgewoonten. Deze derde testmissie bleek opnieuw een succes te zijn voor China aangezien het ruimtetuig meer dan 6 dagen in een baan om de Aarde verbleef. Dankzij deze geslaagde testvlucht stond de grootmacht opnieuw een stapje dichter bij de lancering van zijn eerste bemande ruimtecapsule.
De lancering van deze derde testcapsule werd verschillende maanden uitgesteld omwille van wijzigingen in het ontwerp van het ruimtetuig. Uiteindelijk werd de CZ-2F raket, met bovenop de ruimtecapsule, naar het lanceerplatform gebracht begin maart 2002. Bij deze lancering werd voor het eerst gebruik gemaakt van een Escape Tower die zich bovenop de CZ-2F raket bevond en die, in geval dit nodig zou zijn, het onbemande ruimtetuig kon loskoppelen van de raket indien er zich een probleem zou voordoen met de CZ-2F raket tijdens de eerste minuten van de lancering. Nadat de Shenzhou 3 ruimtecapsule probleemloos in de ruimte werd gebracht op 25 maart 2002 werd een eerste baanmanoeuvre uitgevoerd op 29 maart dat 8 seconden duurde waarna het ruimtetuig zich in een baan om de Aarde bevond op een hoogte van 330 tot 337 kilometer. Een tweede koerswijziging werd op 31 maart met succes uitgevoerd. Tijdens beide manoeuvres kwam de Shenzhou 3 telkens in een hogere baan terecht. Aan boord van dit derde Shenzhou ruimtetuig bevonden zich 44 experimenten waaronder enkele instrumenten die de zon moesten waarnemen en een videocamera die beelden maakte van de Aarde gezien van achter een raampje in de ruimtecapsule. Op deze manier verkreeg men een simulatie van wat toekomstige "taikonauten" zouden te zien krijgen. Om de communicatie te testen tussen het ruimtetuig en de vluchtleiding werd een bandrecorder in de ruimtecapsule ingebouwd die een vrouwelijke stem afspeelde tijdens de missie. Aan boord bevonden zich ook enkele instrumenten die ondermeer de atmosfeer van onze Aarde bestudeerden.
Na 107 omwentelingen om de Aarde werd beslist de drie modules van het Shenzhou 3 ruimtetuig los te koppelen van elkaar waarna de terugkeercapsule begon aan zijn terugkeer in de atmosfeer op 1 april 2002. In tegenstelling tot de vorige Shenzhou testvlucht werden geen foto's vrijgegeven over de landing van de terugkeercapsule op Mongolisch grondgebied. Net als bij de Shenzhou 2 missie bleef de orbital module van het Shenzhou 3 ruimtetuig nog tot 12 november 2003 in de ruimte waarna deze opbrandde in de atmosfeer. China zou deze module oorspronkelijk gebruiken om het onbemande Shenzhou 4 ruimtetuig te laten met koppelen om op deze manier rendez-vous en koppelingstechnieken te bestuderen in een baan om de Aarde. Deze plannen werden echter nooit uitgevoerd.
