22 октября 1966 года осуществлён пуск
ракеты-носителя «
Молния», которая вывела на траекторию полета к Луне АМС «Луна-12». Первоначально станция была выведена на опорную околоземную орбиту с параметрами: наклонение орбиты — 51,92°; период обращения — 88,58 минуты; перигей — 199 километров; апогей — 212 километров, а затем стартовала в сторону Луны.
25 октября 1966 станция «Луна-12» выведена на орбиту вокруг Луны.
18 января 1967 года АМС «Луна-12» упала на поверхность Луны.