HTV-2 sollte ursprünglich am 20. Januar 2011 starten. Nach zweitägiger Verzögerung auf Grund schlechten Wetters startete Kountori 2 schließlich am 22. Januar 2011 um 14:37:57 japanischer Zeit vom Startkomplex 2 in Tanegashima. Der Raumtransporter wurde nach einer Flugzeit von 15 Minuten und 13 Sekunden von der Oberstufe der Trägerrakete H2B getrennt. Das Einfangen durch den Canadarm2-Roboterarm der ISS erfolgte am 27. Januar und wurde von der NASA-Astronautin Catherine Coleman und dem ESA-Astronauten Paolo Nespoli durchgeführt. HTV-2 wurde zunächst wie auch HTV-1 am (nach unten zur Erde zeigenden) Nadir-Andockpunkt von Harmony angekoppelt. Am 19. Februar wurde er auf dem (nach oben zeigenden) Zenit-Port umgesetzt, da der Nadir-Port für die Mission STS-133 der Discovery freigemacht werden musste, sonst wäre die Installation des PMM Leonardo am Nadir-Andockport von Unity nicht möglich gewesen. Nach der Mission wurde HTV-2 am 10. März 2011 wieder an den Nadir-Port zurückgesetzt. Das Öffnen der Luke zum druckbeaufschlagten Teil verzögerte sich um vier Tage auf Grund des schweren Erdbebens vom 11. März, bei dem das Tsukuba Space Center geräumt werden musste. Kleinere Schäden, umgeworfene Serverschränke sowie eine Unterbrechung in einem Unterseekabel führten dazu, dass die Kontrolle über das HTV nach Houston übergeben werden musste. Dazu flogen Mitarbeiter der JAXA noch am selben Tag nach Houston, um dort notdürftig das Öffnen der Luke zu leiten. Die Rückgabe der Kontrolle nach Tsukuba fand am 22. März statt. Unter den Abfällen, die das HTV-2 von der Station beförderte, befanden sich auch Teile, Abdeckplatten und Flughardware vom PMM Leonardo, die nicht mehr benötigt wurden, da das Modul an der ISS verbleibt.