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2002年12月30日凌晨，酒泉卫星发射中心载人航天发射场星空灿烂。高一百多米的飞船发射塔旁，矗立着“长征”-2号F捆绑式大推力运载火箭，火箭的顶部托举着“神舟”-4号飞船。北京时间2002年12月30日0时40分，我国自行研制的“神舟”四号无人飞船发射升空，十几分钟后，飞船成功进入预定轨道。
这次发射的成功，经历了数天严寒的考验，由于天气寒冷，原定于12月29日的发射推迟了一天，为了保证发射成功，科研人员做了大量的保障工作，为发射成功打下了坚实的基础。
此次飞行试验，飞船本身技术状态和载人飞行时技术状态一致，满足工程总体的技术要求。
与“神舟”-2号、“神舟”-3号飞船相比，载人飞行技术状态的主要变化为：
（1）增加一名航天员座椅，配备航天员必备的生活工作用品，轨道舱、返回舱进行了内装修，新安装国产照明灯等，使得舱内环境布置改进、舱内照明环境改善。
（2）通过多项可靠性改进、更换密封起爆器等措施，改善和完善飞船舱内大气环境的品质。
（3）载人飞行相关功能的实施与完善，包括GNC手动运动控制功能、仪表手动控制功能、仪表显示功能、舱门快速检漏功能、着陆通风功能等。
（4）增加可靠性、安全性措施和功能：返回舱使用长寿命电池、返回舱滚动发动机热备份交替工作。返回舱舷窗防污染设计改进、完善密封舱灭火措施、发射段救生功能、运行段故障模式与对策完善，增加自主应急返回功能、整船偏航机动和对日定向功能等。
“长征”-2号F运载火箭于北京时间2002年12月30日0时40分起飞，飞行5883秒后实现船箭分离，将“神舟”-4号飞船送入预定轨道。
在发射段，飞船按预定各飞行时间进入相应的4种大气层内救生模式值班状态；飞船收到抛整流罩信号后，转入大气层外救生模式值班状态，四种大气层外救生模式转换正常。这表明：一旦运载火箭出现致命性故障，飞船将能够按照正确的救生模式，实施应急救生程序。“神舟”-4号发射段救生的功能以值班状态通过了飞行试验的考核。
飞船入轨后，消除飞船初始姿态偏差正常，飞船建立了对地三轴稳定的飞行姿态；随后推进舱、轨道舱的太阳电池阵展开正常，进入阳照区后推进舱太阳电池阵逐步跟踪到太阳，并开始对镉镍电池充电。
在飞船进入“远望”-2号航天测量船测控区时，地面收到了飞船上的“模拟人”发出的话音，话音清晰正常。
飞船运行到第五圈远地点附近，实施了变轨，将飞船轨道变为近地点高度为3368km、远地点高度为3492km的近圆轨道。变轨正常。
飞船在第30圈、第61圈、第92圈的“远望”-3号航天测量船测控区内分别实施了一次轨道维持。三次轨道维持使飞船轨道控制在设计范围内，为返回做好了准备。
飞船在运行到第8圈至第9圈进行了整船对日定向试验。整船对日定向是指在运行段推进舱和轨道舱太阳电池阵都处于水平归零状态下，将整船对日定向，使得在运行段的阳照区太阳始终能直射在太阳电池阵的装有太阳电池片的一面上。
整船对日定向用于飞船发生某些故障的情况，例如，一旦发生推进舱太阳电池阵展开正常，但太阳电池阵不能转动的情况，则可以实施整船对日定向的方案，使得飞船具有足够的电源，仍可按预定的时间返回地面。
在飞船飞行到第18圈至第24圈时，飞船进行了偏航机动试验。“神舟”-4号的整船对日定向和偏航机动试验均取得成功。
飞船在整个飞行期间共进行89次各种数据注入，包括自主应急返回地面支持数据注入17次，均第一次注入就取得成功，数据注入接收和转发给GNC分系统、数据管理分系统和有效载荷分系统的数据正确。
在飞船的返回段，第一次返回调姿、轨道舱分离、第二次返回调姿、返回制动、推进舱分离、调整返回舱配平攻角、再入升力控制、开伞、着陆反推发动机工作等均正常，飞船着陆在内蒙古的主着陆场，着陆精度满足设计要求。
“神舟”-4号飞行试验的主要成果如下：
（1）进一步证明飞船的总体方案是正确的，分系统间接口匹配、工作协调；
（2）进一步证明飞船系统与航天员系统、应用系统、运载火箭系统、地面测控通信系统和着陆场系统接口匹配、工作协调；
（3）飞船的自主应急返回数据注入、整船对日定向和整船偏航试验取得了预期的效果，证明是可行的；
（4）考核了待发段及发射段逃逸救生功能（值班状态）；
（5）考核新增载人飞行相关功能；
（6）进一步考核了载人环境有关的项目，实验表明舱内环境项目满足载人飞行要求；
（7）进一步考核了返回控制及相关技术的正确性和准确性，验证了回收着陆分系统的降落伞设计改进及分系统的正确性，飞船乘普通圆伞软着陆，返回舱完好无损；
（8）通过飞行试验获取大量的有价值的数据，为后续任务提供了宝贵的经验；
（9）轨道舱完成了留轨飞行试验任务。
“神舟”-4号飞船飞行过程中工作正常，飞行试验技术指标满足工程总体任务要求，飞行试验取得圆满成功。
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