Запуск станции «Венера-8» был выполнен 27 марта 1972 года в 07:15:06 по московскому времени с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя «Молния-М». В ходе перелета к Утренней звезде 6 апреля траектория движения аппарата была скорректирована.

Станция достигла планеты 22 июля. Спускаемый аппарат отделился от орбитального, после чего в процессе аэродинамического торможения в атмосфере испытал перегрузки до 335 g и снизил скорость с 11,6 км/с до 250 м/с. На высоте примерно 55 км раскрылся парашют и со спускаемого аппарата началась передача информации. После 55 минут плавного спуска на парашюте в атмосфере аппарат, имея вертикальную скорость 8,3 м/с, в 12:28:40 по московскому времени выполнил посадку на освещенной стороне Венеры в точке с координатами 10° ю. ш. и 335° в. д.

Прием информации продолжался еще в течение 50 минут 11 секунд после посадки. Температура и давление атмосферы составляли, соответственно, 470±8° С и 90±1,5 атмосферы, а освещенность поверхности при угле Солнца 5,5° — 350±150 люкс. При спуске на высотах около 46 и 33 км в атмосфере было зафиксировано объемное содержание аммиака 0,01—0,1 %, на высотах 50 и 0—11 км — скорость ветра, соответственно, 50—60 и 0—2 м/с. Поверхностный слой планеты в районе места посадки аппарата достаточно рыхлый с плотностью грунта 1,4 г/см3, а сам грунт напоминал земные гранитные породы.