嫦娥三号发射成功前,预计2015年由长征三号乙增强型运载火箭发射。发射成功后,曾计划不再发射嫦娥四号,作为嫦三的备份。2015年11月30日,国防科工局组织召开探月工程重大专项领导小组第十四次会议,审议通过嫦娥四号任务实施方案调整报告、研制总要求及后续总体研制计划。2016年1月14日,国防科工局宣布,嫦娥四号任务已经通过了探月工程重大专项领导小组审议通过,正式开始实施,任务将在2018年的6月发射中继星、在2018年年底发射着陆器和巡视器。同日,中科院探月总体部负责人介绍,相关专家学者现在用了一年半的时间进行了论证,准备把“嫦娥四号”降落在月球背面。而“嫦娥四号”的基本架构上是继承了嫦娥三号的着陆器和月球车变化,但科学载荷会有很大的变化,邹永廖也表示,进行月球地质学行星科学研究的人其实都知道,月球不同区域有不同特点和性质,只有更多充分的加以了解,对天体不同区域的认识才能够提高,从而更好的研究天体整体上的临床和演化。2016年6月证实,嫦娥四号将登陆月球南极附近的艾特肯盆地。同月,在国家“十二五”科技创新成就展上,中国国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰透露,中国计划于2018年5月底或6月初将嫦娥四号的中继卫星发射至地月拉格朗日L2点的Halo轨道上,并在约半年后发射嫦娥四号的着陆器和巡视器,对月球背面南极艾特肯盆地开展着陆巡视探测。2017年3月1日,全国政协委员、中国航天科技集团公司五院月球探测卫星总指挥兼总设计师顾问叶培建表示,中国探月第四期工程即将拉开帷幕,嫦娥四号和中国未来计划进行的月球南北极探测都属于探月第四期工程。同年12月,探月与航天工程中心宣布嫦娥四号任务计划于2018年执行两次发射:上半年发射嫦娥四号中继星,下半年发射嫦娥四号探测器。2018年3月9日,嫦娥四号正在开展着陆器和巡视器真空热试验前的总装工作。