9 сентября 1959г. была предпринята попытка запуска автоматической станции "Луна-2" в сторону Луны. Сработавшая автоматика остановила процесс подготовки ракетоносителя "Восток-Л2 к запуску. Р/н был снят со стартового стола и отправлен на техническую позицию.
12 сентября, после устранения дефекта, в 10:39:42 по МСК был осуществлен пуск р/н "Восток-Л" , который вывел на траекторию полета к Луне АМС "Луна-2".
Траектория полета станции к Луне была траекторией прямого сближения, без использования старта с промежуточной орбиты , который был отработан позднее при последующих запусках советских АМС к Луне, Марсу, Венере.
Станция "Луна-2" по своей конструкции, набору научной аппаратуры, проводимым на ней экспериментам и измерениям окружающего космического пространства была аналогична АМС "Луна-1". Во время полета был проведен опыт по созданию искусственной кометы (выпуск облака паров Na), замер величины магнитного поля Земли и Луны, изучение состава межпланетного газа, радиационные замеры, микрометеоритная обстановка на трассе полета и т.д.
Станция достигла Луны 14 сентября 1959г и доставила на его поверхность малый шарообразный вымпел с гербом СССР. Большой вымпел, установленный на 3-й ступени ракеты-носителя также достиг поверхности Луны, но несколько позднее.
Макет малого вымпела СССР, доставленного на Луну, Н.С. Хрущев, совершавший в это время визит в США не преминул подарить президенту США Д.Эйзенхауэру.