Den 9. maj 2003 opsendte en M-V-5-raket rumsonden Hayabusa fra øen Kyushu. En M-V-5-raket er en 3-trins faststofraket. Øen Kyushu er den sydligste af de tre-fire store øer, der udgør hovedparten af Japans landareal. Udover store byer såsom Fukuoka, Kagoshima og Nagasaki huser øen også opsendelsesbasen Uchinoura Space Center. Den hed tidligere Kagoshima Space Center, og det hed det, da Hayabusa blev opsendt. Før opsendelsen kaldtes Hayabusa for MUSES-C.
Hayabusa betyder “falk” på japansk og den havdel som hovedmål at lande og hente prøver af asteroiden Itokawa. Hayabusa vejede omkring 510 kg, hvilket inkluderede et landingsmodul ved navn MINERVA til indsamling af prøver af asteroiden. Hayabusa var udrustet med en ion-motor, der brugte xenon som brændstof. Undervejs var dens energiforsyning fra solceller blevet beskadiget af flere soludbrud.
I maj 2004 lavede Hayabusa en “gravity assist”-manøvre med Jorden. Ved den lejlighed tog den nogle billeder af Månen og Jorden. Efter yderligere problemer forårsaget af soludbrud nåede Hayabusa asteroiden Itokawa, som viste sig at være en klippeblok på 540 × 310 × 250 meter. Landingsmodulet MINERVA forsøgte en landing, men fløj forbi asteroiden. Hayabusa nærmede sig Itokawa i løbet af november ned til en afstand af 14 meter. Så skød den et projektil ned på overfladen, og der blev slynget materiale op fra asteroideoverfladen. Hayabusa opsamlede noget af dette materiale. Forbindelsen til Jorden gik derefter ind i en af de efterhånden tilbagevendende kriser for missionen. Men det lykkedes at løse problemerne, og prøverne kunne lande i Australien i den 14. juni 2010. Hayabusa er den første rummission, der har at taget prøver af en asteroide. de mange vanskeligheder undervejs har dog betydet, at prøverne er mikroskobiske.
Hayabusa var udrustet med et kamera i det visuelle område, der havde forskellige farvefiltre. Derudover havde den et nær-infrarødt spektrometer, et lysbaseret afstandsmåleapparat, et røngtenspektrometer og et kamera til navigering.