加速和飛行
火箭起飛後，沿預定發射軌道飛行，發射軌道包括垂直起飛段、程序轉彎段和入軌段。隨著各級火箭的不斷點火加速，火箭的速度逐步加快，每級火箭能獲得約4千米／秒的速度。
入軌
各種運載火箭在前兩段的工作程序基本相同，而在入軌階段則有些差異，有直接入軌的，有滑行入軌的，有過渡轉移入軌的。
直接入軌適於低軌道航天器，如地球資源探測衛星、偵察衛星和載人航天飛船等。在這種入軌方式下，火箭是連續工作，當最後一級火箭發動機關機時，航天器便進入預定軌道，此時箭體與航天器分離（整流罩先行分開）。在此前，各級火箭順次點火，完成工作的那一級火箭便被及時拋掉。
而滑行入軌適於發射中、高軌道的航天器，如太陽同步氣象衛星、導航衛星等。滑行入軌分三個階段飛行：主動段（發動機點火工作段）、滑行段（發動機關機靠慣性飛行段）、加速段（發動機再次點火，適於液體推進劑火箭，固體火箭無法再次點火）。
過渡轉移入軌適用於發射地球同步軌道航天器，如地球同步軌道通信衛星、氣象衛星等。這種入軌方式十分複雜：第一級、第二級火箭連續工作，接著第三級火箭第一次點火，使衛星與第三級火箭同時進入小橢圓軌道（停泊軌道）繞地球飛行。當與赤道平麵相交時，第三級火箭第二次點火工作，於是將衛星送入36000千米高的赤道上空，近地點為400千米的大橢圓軌道，稱之為過渡軌道。當達到預定軌道後，箭星分離。至此，運載火箭完成了發射任務。
至於在軌道上的衛星的姿態調整、軌道參數測量及軌道微調，則是地麵測控站的任務了。而星際探測器或無人飛船、載人飛船的太空飛行、登陸外星等則要受在地麵宇航測控中心的監視和控製。
火箭的發射方式
從發射的空間地理位置來分，火箭發射可以分為陸上發射、海上發射、空中發射。這三種發射方式分別適用於不同的發射對象。
陸上發射
陸上發射主要是在各國選定的發射場上進行。由於該類發射場設施齊全，麵積廣闊，又多遠離居民區，所以適於利用大型運載火箭發射各種航天器（如宇宙飛船、航天飛機，各類實驗衛星以及軍用遠程洲際導彈等）。
陸上發射還有一種方式就是地下發射，即將火箭從地下豎井中發射升空，這種發射方式主要用於保密形式的軍用洲際導彈的發射。航天發射利用此種方式的較少。
海上發射
與陸上發射相比，海上發射的優點是機動、靈活，可以選擇靠近赤道附近的海域地區進行發射，並且可利用廢棄的海上石油平台作發射台。海上發射多用於衛星發射。目前，大型的航天器還不適於在海上發射。因為，每次發射前，都需要用大型艦船將火箭和被發射物運往發射平台處，並進行從指揮船到發射平台的轉移，其操作程序十分複雜。艦船的連接要求十分精確，這種技術難點在陸上發射是不會遇到的。實際上，海上發射還會遇到其他一些新的技術難題。這就是說，任何一項事物有其利，就會有其弊。
空中發射
空中發射是不同於陸地發射和海洋發射的一種節省費用和能源的新型發射方式，具有一係列優點。但要求其技術保證更加可靠。
空中發射的構思是先將帶有航天器的火箭用載荷量極大的飛機載入空中，然後在空中將火箭釋放，當火箭遠離飛機後再點燃火箭，進行空中發射，再經一級級火箭燃燒，最後將航天器送入太空，典型方案是美國的“飛馬方案”。
“飛馬方案”是由美國軌道科學公司在1986—1987年間提出來的。它是采用B—52轟炸機攜帶“飛馬”號運載火箭到空中進行發射。
發射過程是這樣的：三級“飛馬”號運載火箭長15米，自重18000千克，並且帶箭翼；箭翼可提高箭體升力，且可使火箭的飛行軌道比較平穩。它把火箭裝在改裝的B—52轟炸機的機翼下，要發射的衛星置於火箭的頂端。當飛機飛到高度12000米、飛行速度為0.8馬赫（1馬赫=音速=324米／秒）時，釋放“飛馬”號運載火箭。“飛馬”號運載火箭自由下落5秒之後，它的高度比B—52飛機低100米，此時火箭第一級開始點火。然後陸續進行第二級、第三級點火。到8分53.9秒時，第三級火箭燃燒結束，衛星便被送入了高度為450千米的運行軌道中。
該方案優點是發射費用低，隻為地麵發射費用的一半。這是由於把B—52飛機作為整個發射係統的第一級（飛機的速度可使運載火箭的性能提高1％—2％），空中發射時，發射高度上的氣壓低（為海平麵的25％）。這樣，運載火箭的噴管就易於設計，不必權衡考慮從海平麵到接近真空的工作環境的變化。另外，在高空發射運載火箭時不僅結構和熱應力低，而且動壓也低，這對發射很有利。在有效載荷一定時，高空發射運載火箭所需要的總的速度可以降低10％—15％。如果按發射每千克有效載荷的價格計算，用“飛馬方案”發射衛星的價格隻相當於從地麵發射的1／3。