2004年2月25日，绕月探测工程领导小组通过《绕月探测工程研制总要求》，任命国防科工委副主任、国家航天局局长栾恩杰为工程总指挥，孙家栋为总设计师，聘任欧阳自远为月球应用科学首席科学家，同时给工程起了一个美丽的名字——“嫦娥工程”。
2004年3月15日，国防科工委召开第一次绕月探测工程工作会议和大总体协调会，协调总体技术方案和总体计划流程，同时任命一批航天专家担任卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统总指挥及总设计师，并在全国范围内逐级组成规模宏大的研制试验大军和全国范围的配套大协作。
2004年6月2日，中央编制委员会批准成立国防科工委月球探测工程中心，具体负责工程的系统论证、总体设计和项目实施，并承担绕月探测工程领导小组办公室事务，实际上成为工程的前沿指挥部。
在强有力的组织管理体系率领下，中国首次探月工程的设计、研制、生产等各个体系开始进入快节奏、高效率的“高速运转”。仅用了3年多的时间，就迈出了三大步——
2004年被称为绕月探测工程的开局年，这一年先后完成了发射场系统总体技术方案制定、测控系统总体设计方案制定、地面应用系统设计方案制定、卫星系统的方案设计和运载火箭系统的初步研究，并开始进行一系列关键技术攻关。
2005年，绕月探测工程的攻坚年。这一年主要以质量可靠性为中心，全面展开初样研制与试验，进行系统间接口协调和技术攻关，工程的技术风险逐渐化解，系统间接口关系得以明确，各系统技术状态得以确定。
2006年是绕月探测工程的决战年。嫦娥一号正样星在这一年完成总装、测试和试验。同时还完成了长征三号甲遥十四火箭的总装与测试，完成了测控、发射场和地面应用系统地面设备的研制和系统建设。总体具备了在2007年执行任务的能力。
两个百分之一百的努力，赢得百分之一百的成功——五大系统既各司其职，又协同配合，每一个环节的“零缺陷、零疑点、零故障”，确保了“首发必成”
千钧之任，系于根根毫发！绕月探测工程由五大系统组成，任何一个系统和环节，都关系整个工程的成败。
卫星系统为保证轨道设计的正确性，邀请全国各地著名的同行专家，对地、月、日复杂的三体环境进行了反复的分析求解，精确设计出飞行线路；为提高制导、导航与控制系统执行任务的能力和可靠性，他们研制了适应月球环境的紫外敏感器，研究采用了双轴驱动控制技术和三体组合控制技术，并对控制器和重要敏感器采用了冗余设计和高性能控制算法。
有效载荷仅仅是卫星系统中的一个分系统，但却被称为“嫦娥的眼睛”。要绘制月球立体图像，一般要用三台相机。但运载火箭能力有限，有效载荷不能太多、太重，研制人员采用广角镜头和巧妙的光机系统设计，分出三个光路，在一台相机上取正视、前视、后视三幅二维原始数据图像，经重构形成三维立体图像。不仅简化了结构，减少了重量，还大大降低了成本，提高了对空间环境的适应能力。
承载运送“嫦娥”任务的大力神——长征三号甲火箭是我国长征火箭光荣家族中的“骄子”，已成功发射14次，但为了确保嫦娥一号万无一失，工程技术人员对其进行了大量的技术改进和创新，包括采用远距离测发控技术、应用了控制系统的系统级冗余技术。
负责发射的西昌卫星发射中心承担着发射的组织指挥、卫星火箭的测试技术勤务保障、燃料的加注及发射、火箭一二级飞行段的测量控制，还要为发射任务提供通信、气象等服务。为进一步提升发射场的综合保障能力，满足嫦娥一号卫星发射的技术要求，发射场系统对塔架、高压系统、加注供气系统等都进行全面改造。
负责测控的是北京航天飞行控制中心及多个航天测控中心、地面站和海上测量船，承担着运载火箭发射和卫星整个飞行期间的轨道测量、遥测监视、遥控操作、飞行控制等任务，并通过高精度的测定轨，为地面应用系统处理科学数据提供轨道数据保证。为适应嫦娥一号卫星发射的新要求，系统完成了总体技术设计、USB设备改造和18米新天线系统建设、卫星初样和正样阶段的星地测控对接、USB-VLBI综合测定轨试验、飞控技术协调等一系列准备工作。
地面应用系统既是绕月探测工程的出发点，又是落脚点。中国首次月球探测的科学目标由这里提出，绕月探测工程的科学价值从这里开始实现。为保证绕月探测工程实施，他们一切从头做起——从头组建地面应用科研队伍；从头设计论证地面应用系统总体方案，包括建立月球探测的各种数据的标准、格式；从头设计建设适应绕月探测需要的各种地面设施，并与相关系统进行联结测试。
冲天的豪情，却不须臾忘记冷静。2007年2月，绕月探测工程领导小组再次提出进一步深入开展设计与生产“两个百分之百”的质量大检查——所有单机、分系统和系统总体设计进行全面复查复审，深入到研究室工程组一级，做到“百分之百”；所有产品的生产也要进行全面的复查复审，深入到车间工段一级，做到“百分之百”……
1000多个日日夜夜的辛劳和付出，无数的关注和支持，终于换来了一个个“定格”的历史时刻：
2007年10月24日，嫦娥一号承载着中华民族千年的奔月梦想从西昌成功发射，精确入轨；
11月5日，嫦娥一号成功“牵手”月球，成为中国第一颗月球卫星；
11月7日，以准确进入200公里使命轨道为标志，嫦娥一号完成中国历史上最远的“太空长征”；
11月26日，嫦娥一号传回的“第一幅月图”完美亮相，中国首次月球探测工程圆满成功……
中国首次探月的成就和辉煌，被深深地镌刻进无垠的太空。中国航天再次高高昂起的龙头，又一次向世人昭示：艰苦奋斗、勇于创新、团结协作的中华民族，一定能够不断创造新的起点，书写伟大复兴的篇章！
