2012年6月16日18时37分许，神舟九号发射升空，刘旺与景海鹏、刘洋一起搭乘神舟九号进入太空。6月22日，刘旺手动控制飞船的姿态、速度和方向，使神舟九号与天宫一号实现刚性连接，再次形成组合体，中国首次手控空间交会对接试验成功。