Start do misji Shenzhou 5 nastąpił 15 października 2003 z kosmodromu Jiuquan. Orbitę okołoziemską statek osiągnął w niespełna 10 minut. Po około 7 godzinach wykonano manewr korekcji orbity (zmieniono ją na kołową). W czasie lotu Yang Liwei sprawdzał działanie wszystkich systemów statku i systemu podtrzymywania życia. Na pokład zabrał ze sobą flagi Chińskiej Republiki Ludowej i Organizacji Narodów Zjednoczonych. Na wypadek lądowania na nieprzewidzianym terenie miał ze sobą broń, nóż i pałatkę. Lot Shenzhou 5 był typowym lotem testowym. Kabina mogła faktycznie pomieścić jednocześnie 3 kosmonautów, a czas lotu, który nie przekroczył doby w docelowych planach może sięgać nawet kilkunastu dni. Próby na orbicie wypadły pomyślnie i po wykonaniu 14 okrążeń Ziemi Shenzhou 5 pomyślnie wylądował w rejonie miasta Siziwang w odległości ok. 100 km od Hohhot, stolicy Mongolii Wewnętrznej w Chinach. Po 15 minutach od lądowania przy pomocy ekipy ratunkowej opuścił kapsułę Shenzhou 5. Na orbicie pozostał moduł orbitalny statku, który wykonywał zadania o charakterze wojskowym (jego deorbitacja nastąpiła 30 maja 2004). Po zakończonym locie Yang Liwei został bohaterem narodowym Chin. W jednym z wywiadów przyznał, że nie widział z kosmosu Chińskiego Muru.