Eine zweite weichlandende Mondsonde vom Typ E-​8  zum Transport eines unbemannten Mondmobils „Lunochod“ startete die Sowjetunion am 08.01.1973 mit einer Proton-​K 8K82 K mit Block-​D 11S824  Fluchtstufe vom Kosmodrom Baikonur. Aufbauend auf den Erfahrungen mit dem erfolgreichen Lunochod 1 aus dem Jahr 1970 hatte das Konstruktionsbüro von Georgi N. Babakin umfangreiche Verbesserungen an dem ferngesteuerten Fahrzeug vorgenommen. Das gesamte Programm stand zwar im Schatten der amerikanischen Apollo Mondlandungen, war doch aber immerhin ein bedeutender, auch international beachteter, Erfolg der sowjetischen Raumfahrt. Die letzte Stufe der Proton Rakete beschleunigte nach einem Erdorbit ihre Nutzlast, die Raumsonde Luna 21, auf eine Flugbahn zum Mond. Dieser wurde am 12.01.1973 erreicht und nach einem Bremsmanöver befand sich die Sonde in einem vorläufigen Orbit um den Mond. Weitere Bahnmanöver am 13.01. und 14.01.1973 senkten den mondnächsten Punkt der Bahn auf 16 km ab. Dann begann am 15.01.1973 das Retromanöver und der mehrstufige Abstieg zur Mondoberfläche. Nach einem freien Fall aus 1,5 m Höhe setzten die Landefüße von Luna 21 am 15.01.1973 um 23:35 UTC im LeMonnier Krater bei 25,85° Nord und 30,45° Ost auf. Zunächst nahmen die TV-​Kameras von Lunochod 2 einige Panoramaufnahmen von der Landestelle auf, dann rollte das Mondmobil über eine ausklappbare Rampe auf die Mondoberfläche hinab. Es folgte eine weitere Fotoserie vom Landeplatz und der Luna 21 Landestufe. Dann wurde das Lunochod bis zum 18.01.1973 stillgelegt, um die Batterien aufzuladen. An diesem Tag begann die „Reise“ des Lunochod über die Mondoberfläche. Während des Mondtages bewegte sich das Lunochod, fertigte TV-​Bilder an, prüfte die Festigkeit des Mondbodens und unterstützte Laser-​Entfernungsmessungen. Während der Mondnacht blieb es dagegen inaktiv, lediglich von seiner Radioisotopenbatterie geheizt. Unerwartet früh, nämlich am 04.06.1973, gab die Sowjetunion das Ende der Mission bekannt. Offensichtlich war Lunochod 2 von einem Defekt befallen worden (eventuell in der Mondnacht zwischen Mai und Juni 1973) oder hatte sich schlicht festgefahren. Für ein außergewöhnliches Ereignis spricht, daß das Lunochod nicht in einer solchen Position abgestellt werden konnte, daß der Laserreflektor für weitere Messungen zur Verfügung stand. Trotz des frühzeitigen Endes der Mission war die wissenschaftliche Ausbeute beachtlich. 86 (nach anderen Quellen 93) Panoramabilder und mehr als 80.000 (nach anderen Quellen rund 89.000) TV-​Bilder konnten übertragen sowie dazu eine Fülle an Meßdaten auf der (offiziell) 37 km langen Trasse gesammelt werden.
Ein weiteres Lunochod Mondfahrzeug stand auf der Erde bereit für eine Wiederholung der Mission. Nach dem verlorenen „Wettlauf zum Mond“ schwand die politische Unterstützung für alle laufenden Mondprogramme aber zusehends. Und so wurde das gesamte Luna Programm nach zwei weiteren Flügen eingestellt, Lunochod 3 zum Ausstellungsstück degradiert.
Vier Jahrzehnte nach der Landung von Luna 21 rückte die Mission des zweiten Lunochod nochmals in den Blickpunkt einer breiteren Öffentlichkeit. Zunächst wurden 2010 auf Bildern des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) die Fahrspuren des Lunochod ausgemacht, dann, neben einem Krater, das Lunochod selbst. Die Bilder stützten die These, wonach sich das Lunochod zunächst in dem Krater festgefahren hatte und dann, beim Versuch diesen zu verlassen, entweder seinen Radiator beschädigt oder so stark verschmutzt hatte, daß er seine Funktion nicht mehr erfüllen konnte. Das wurde mittlerweile auch von russischen Zeitzeugen bestätigt. Demnach ereignete sich das Mißgeschick am 09.05.1973. Zwei Tage später brach der Funkkontakt ab. 2013 analysierten russische Wissenschaftler dann auch nochmals die Fahrspuren selbst und kamen zu der überraschenden Erkenntnis, daß die tatsächliche Fahrstrecke des Lunochod mehr als 42 km betragen hatte. Der unvermeidliche Schlupf eines extra montierten Meßrades hatte sich um Laufe der Exkursionen auf über 5 km summiert. Auch wenn dieser Wert später wieder auf 39 km reduziert wurde, stand der Rekord doch bis zum Juli 2014, als der Marsrover „Opportunity“ die 40 km Marke brach.
Lunochod 2 war im Dezember 1993 im Auftrag seines einstigen Herstellers, NPO Lawotschkin, in einer umstrittenen Auktion durch Sotheby´s versteigert worden. Als neuer Eigentümer durfte sich Richard Garriott, damals noch erfolgreicher Computerspiele-​Entwickler und später selbst als Raumfahrttourist im All, fühlen.