Стартовал 17 июня 2021 года 09:22:31.693 по пекинскому времени (01:22:31.693 UTC) в качестве члена экипажа космического корабля «Шэньчжоу-12» вместе с Не Хайшэном и Лю Бомином. В тот же день через шесть с половиной часов после старта в 15:54 по пекинскому времени (07:54 UTC) корабль успешно состыковался с передним портом модуля «Тяньхэ».

Во время полета совершил один выход в открытый космос:

04.07.2021 - продолжительностью .
Выходной люк был открыт в 00:11 UTC (08:11 по пекинскому времени). Во время выхода астронавты Лю Бомин (скафандр «Фэйтянь» с красными полосками) и Тан Хунбо (скафандр «Фэйтянь» с синими полосками) проверили надежность и возможности оборудования, используемого для работы в открытом космосе, продемонстрировали возможность работать с роботизированным манипулятором, подняли внешную панорамную камеру, а также исследовали характеристики своих скафандров. Закрытие выходного люка проведено в 06:57 UTC (14:57 по пекинскому времени).

16 сентября 2021 года в 00:56 UTC (03:56 мск) корабль «Шэньчжоу-12» отстыковался от космической станции. 17 сентября 2021 года в 05:34:09 UTC (13:34:09 по пекинскому времени) спускаемый аппарат космического корабля «Шэньчжоу-12» совершил мягкую посадку в западной части посадочной площадки Дунфэн, на расстоянии примерно 75 км от стартового комплекса.

Продолжительность полета составила .

Стартовал 26 октября 2023 года в качестве командира экипажа корабля «Шэньчжоу-17», вместе с Тан Шэнцзе и Цзян Синьлинем. Корабль осуществил автономное сближение с Китайской космической станцией «Тяньгун» по короткой 6.5-часовой схеме и 26 октября в 17:46 пекинского времени (09:46 UTC) пристыковался к носовому стыковочному узлу Базового блока «Тяньхэ» Китайской космической станции «Тяньгун». Два часа спустя, в 19:34 пекинского времени, астронавты открыли люки и перешли на борт станции.

Во время полета совершил два выхода в открытый космос:

- продолжительностью .
Выходной люк был открыт в 06:10 UTC. Во время выхода астронавты Тан Хунбо и Тан Шэнцзе выполнили различные работы, в том числе провели пробный ремонт солнечной панели основного модуля «Тяньхэ» космической станции. Закрытие выходного люка проведено в 13:35 UTC.

- продолжительностью .
Во время выхода астронавты Тан Хунбо и Цзян Синьлинь завершили ремонт солнечной панели основного модуля «Тяньхэ» космической станции, а так же выполнили задачи по техническому обслуживанию расположенных снаружи объектов орбитального комплекса. Закрытие выходного люка проведено в 05:32 UTC.