ルナ3号
1959年10月4日、ルナ3号はバイコヌール宇宙基地からルナ8K72ロケットで打ち上げられ、直接月へ向かう軌道に投入された。しかしこの時点で、探査機が送信する信号の強さが予定に満たない上、内部が異常な高温になっていることが判明した。温度を抑えるために重要性の低い装置の電源が落とされたが、送信の不調は解決できなかった。
ルナ3号が地球から6から7万kmの距離に達した段階で、姿勢制御方式がスピン制御からジェットを使った制御に切り替えられた。
10月6日、ルナ3号は月の南極付近に最接近した。最接近時の月表面からの距離は6200kmだった。この時点では月の自動撮影は始まらず、ルナ3号は月の引力で軌道を変えながら飛行を続けた。
10月7日、検出器が月の光を捉え、自動撮影システムが起動した。月からの距離は6万3500kmだった。ルナ3号はその後40分で29枚の写真を撮影した。一連の撮影を終えたルナ3号は、姿勢制御の方式をスピン制御に戻して飛行を続け、月を半周して地球へ再接近する軌道に乗った。
ルナ3号は地球に向かいながらデータの送信を行った。送信機の不調にもかかわらず10月18日までに17枚分の不鮮明な画像データを転送することに成功した。
10月22日、地上とルナ3号との交信が失われ、計画は終了した。ルナ3号は軌道を制御されないまましばらく地球近傍を飛行していたが、1960年3~4月に大気圏に突入したとみられている(大気圏突入は1962年以降という説もある)。