"Луноход-2" доставила на Луну советская автоматическая станция "Луна-21», созданная в НПО им. С.А. Лавочкина. Стартовав с Земли 8 января 1973 года, она совершила мягкую посадку на наш естественный спутник 16 января 1973 года в половине второго ночи по московскому времени на восточном берегу Моря ясности в кратере Лемонье.
Посадка станции произошла всего лишь в 3 метрах от края кратера диаметром около 40 метров. После осмотра местности по телеизображению с Земли была выдана команда, и в 4:14 “Луноход-2” съехал с посадочной ступени на поверхность Луны, приступив к выполнению программы научно-технических исследований и экспериментов.
Во время посадки станции вышла из строя навигационная система лунохода. Во время управления пришлось ориентироваться по окружающей обстановке и Солнцу, а положение корпуса определялось косвенным путем по нагрузке на колеса. Средняя скорость движения “Лунохода-2” по Луне значительно превышала среднюю скорость своего предшественника. Благодаря опыту, приобретенному при управлении первым луноходом, ее повысили до 340 метров в час против 140 метров, а пройденное расстояние за лунный день доходило до 16,5 км.
12 февраля 1973 года аппарат достиг ближайшего выступа береговой линии Залива Лемонье у холмов Встречные, исследовал предгорья Тавр, обследовал крупный кратер диаметром 2 км. Через два дня аппарат вернулся в морскую зону и направился к разлому Борозда Прямая.
11 апреля он подошел до расстояния 50 метров от края разлома, 13-18 апреля обогнул разлом с юга и вышел на его восточную границу.
С 10 по 23 марта, на третий лунный день “Луноход-2” проводил исследования в южной части кратера Лемонье. Маршрут начинался на материке, пересекал предматериковый холмистый район, проходил вдоль южного побережья кратера и закончился в 2,5 км от крупного тектонического разлома, находящегося в восточной части кратера Лемонье.
На четвертый лунный день, 10 апреля-22 апреля, работы лунохода были посвящены изучению Борозды Прямой.
9 мая “Луноход-2”, пытаясь выбраться из кратера, зачерпнул тарелкой солнечной батареи пыль со стенки кратера. Она налипла на солнечную батарею и радиатор-охладитель. В результате упал зарядный ток, а из-за слабой работы радиатора нарушился тепловой режим. Температура в отсеке начала расти, аппаратура — перегреваться, и в последний раз телеметрическая информация с “Лунохода-2” была принята на Земле 10 мая 1973 года.
Официально работа “Лунохода-2” была прекращена 4 июня 1973 года.