到11月3日“T”字基本构型组装完成，中国空间站经历了关键技术验证和建造两个阶段，共有三批航天员入驻。神舟十二号乘组的聂海胜、刘伯明、汤洪波在轨驻留三个月，神舟十三号乘组的翟志刚、王亚平、叶光富在轨驻留半年。神十二和神十三两个乘组在轨期间，共执行了四次出舱任务，开展了一系列空间科学实验和技术试验，检验了新一代舱外航天服的功能性能等关键技术和能力，验证了航天员长期驻留、出舱活动等空间站建造和运营的关键技术，圆满完成关键技术验证阶段各项任务。
2021年6月17日，神舟十二号载人飞船发射升空，并于当天采用自主快速交会对接模式，成功对接于天和核心舱前向端口。这是天和核心舱发射入轨后，首次与载人飞船进行的交会对接。
2021年6月17日18时48分，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱，中国人首次进入自己的空间站。
2021年7月4日，神舟十二号航天员刘伯明、汤洪波成功出舱。这是中国空间站的首次出舱任务，也是空间站机械臂首次配合航天员共同执行任务。约7个小时的出舱活动，完成了舱外设备组装、全景相机抬升等任务。
2021年8月20日，神十二乘组执行第二次出舱任务，聂海胜、刘伯明出舱，汤洪波舱内配合。神十二乘组两次出舱活动，天地间大力协同、舱内外密切配合，检验了我国新一代舱外航天服的功能性能，检验了航天员出舱活动、与机械臂协同工作的能力，及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性等关键技术和能力。为期3个月的在轨驻留期间，神十二乘组还开展了一系列空间科学实验和技术试验。
2021年9月17日13时34分，神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，首次检验了东风着陆场的航天员搜索救援能力。
2021年10月16日0时23分，神舟十三号载人飞船成功发射，三名航天员翟志刚、王亚平、叶光富，开启了一段新的太空之旅。当天凌晨6时56分，神舟十三号在入轨后六个半小时内，与核心舱完成交会对接，首次验证了径向交会对接技术。中国空间站迎来了第二个飞行乘组和首位女航天员。
神舟十三号乘组在轨期间，也执行了两次出舱活动任务。2021年11月7日，中国首位出舱航天员翟志刚时隔13年再次出舱，王亚平迈出了中国女性舱外太空行走第一步。
2021年12月26日，航天员翟志刚、航天员叶光富出舱作业，王亚平在舱内配合支持，神舟十三号航天员乘组圆满完成第二次出舱任务。神舟十三号乘组两次出舱，进一步验证了气闸舱、机械臂和舱外航天服的相关设计、以及天地协同作业能力等，为后续任务积累了经验。
2022年1月6日，空间站机械臂转位货运飞船试验圆满成功。这是我国首次利用空间站机械臂操作大型在轨飞行器进行转位。
2022年1月8日，神舟十三号航天员乘组在地面科技人员的密切协同下，采取手控遥操作方式，圆满完成了天舟二号货运飞船与空间站组合体交会对接试验。这是我国航天员首次在轨进行手控遥操作试验。神舟十三号航天员乘组在轨驻留期间，还完成了多项实验和试验任务，涉及人因工程技术、航天医学实验领域、空间应用领域、材料科学等。
北京时间2022年4月16日9时56分，神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功。神舟十三号首次实施了快速返回，提高了航天员返回舒适度。半年太空出差，“感觉良好”乘组顺利完成全部既定任务，创造了多项首次。中国空间站关键技术验证阶段任务完美收官。
