Start vom Jiuquan Satelliten Startzentrum. Landung in der Inneren Mongolei.

Nach zweitägigem Alleinflug koppelte Shenzhou X automatisch mit der chinesischen Raumstation Tiangong-1. Während des zweitägigen Anfluges zur Raumstation feierten die drei Raumfahrer an Bord das Drachenbootfest mit traditionellen Reisklößen. Drei Stunden später wurde die Station erstmals von der Mannschaft betreten.

Zunächst wurde mit einem Luftanalysegerät die Qualität der längere Zeit unbewohnten Station überprüft. Die drei chinesischen Raumfahrer konnten in der längere Zeit unbewohnten Raumstation keine giftigen Gase feststellen.

Gleich danach verlegten die Astronauten einen neuen Bodenbelag. Die vorhergehende Besatzung von Shenzhou IX hatte das weiche Material beanstandet. Stattdessen wurden harte Platten verlegt, die eine bessere Fortbewegung und einen verbesserten Halt gewährleisten sollen.

Am 20. Juni 2013 hielt Wang Yaping für chinesische Schüler eine Unterrichtsstunde aus dem All, bei der sie verschiedene physikalische Experimente durchführte und so den Einfluss der Schwerelosigkeit demonstrierte. Per Videokonferenz waren 330 Schüler in Peking direkt zugeschaltet, in mehr als 80.000 chinesischen Schulen wurde die Live-Übertragung im Fernsehen verfolgt. Das Bildungsministerium hatte alle Schulen des Landes angewiesen, Zeit für den Unterricht aus dem All im Stundenplan einzuräumen. Von Wang Yaping wurden unter Assistenz von Kommandant Nie Haisheng fünf Experimente dargeboten. Dazu zählten: Bestimmung der Masse des Kommandanten, Demonstration der Arbeitsweise eines Pendels unter Schwerelosigkeit, das Verhalten eines Gyroskops, die Herstellung eines Wasserfilms sowie die Erzeugung einer Wasserkugel und deren Verhalten in der Erdumlaufbahn.

Am 23. Juni 2013 bestiegen die drei Raumfahrer das Shenzhou-Raumschiff, koppelten von Tiangong-1 ab und entfernten sich 140 m von der Raumstation. Der erneute Anflug wurde von Nie Haisheng handgesteuert. Nachdem Shenzhou X wieder an Tiangong-1 angedockt hatte, stieg die Besetzung erneut in die Raumstation um.

Zwei Tage später versetzten die Astronauten Tiangong-1 in einen automatischen Betriebsmodus, schlossen die Luken und koppelten ab. Shenzhou X absolvierte dann noch einen halben Rundflug um die Station und begann dann den Abstieg zur Erde.

Nach der Landung schleiften starke Winde die Kapsel noch ein Stück über den Erdboden, ehe der Landefallschirm gekappt werden konnte.