空间站建成后，将进入为期10年以上的应用与发展阶段，计划每年发射2艘载人飞船、2艘货运飞船，航天员将长期在轨驻留开展空间科学实验、技术实验和空间站维护工作。
同时，研制新一代载人运载火箭、新一代载人飞船，返回舱实现重复使用，可搭载7名航天员，上行和下行载荷能力将大幅提高。
2023年，我国还会发射巡天空间望远镜，开展广域的巡天观测，有望在暗物质和暗能量、系外行星与太阳系天体等方面开展科学研究。
此外，火星取样返回、木星系探测等工程任务也将按计划陆续实施，中国探月工程总设计师吴伟仁还曾透露，中国拟于2049年实现太阳系边际探测。
