"Фобос-Грунт" был запущен в космос 9 ноября 2011 года. Спустя два часа после старта аппарат отделился от ракеты-носителя "Зенит", однако, по невыясненным пока причинам, включения маршевых двигателей не произошло, и "Фобос-Грунт" остался на околоземной орбите, где он и находится до сих пор.
Изначально говорилось, что аппарат упадет 27 ноября, однако позже эту дату перенесли на начало января. После этого появлялась информация о том, что межпланетная станция может продержаться на орбите до марта 2012 года.
До недавнего времени сохранялась некоторая надежда, что аппарат сможет отправится к Марсу, если с ним удастся установить связь. Об этом, например, с самого начала говорил глава Роскосмоса Владимир Поповкин. Связь была установлена несколько раз только в конце ноября, тогда же удалось получить с аппарата телеметрию. После этого связь с аппаратом окончательно пропала.
13 декабря 2011 года Генеральный директор и генеральный конструктор НПО имени Лавочкина Виктор Хартов признал провал миссии "Фобос-Грунт". Вместе с тем он добавил, что попытки связаться с аппаратом будут предприниматься до самого входа "Фобос-Грунта" в атмосферу.
Главной целью межпланетной станции "Фобос-Грунт" должен был стать марсианский спутник Фобос. Аппарат должен был опуститься на его поверхность, собрать образцы грунта с помощью манипулятора и отправить их в специальной капсуле на Землю. Всего станция должна была добыть 100-200 граммов грунта.