Lancement depuis Baïkonour en utilisant la même technique que Mars 1, c'est à dire, fusée R-7 dont l'étage supérieur gagne une orbite 153/219 km inclinée à 65° et décrite en 88,2 mn. Le réallumage permet de diriger la sonde vers une orbite solaire 148/215 Gm, inclinée à 1° sur l'écliptique et décrite en 485 jours. La conception de Mars 1 a été conservée mais un nouveau matériel est testé, ce qui explique

le nom de l'opération. Dans le programme spatial soviétique, l'appellation Zond est donnée à une classe de sondes devant contourner la Lune ou une planète (Zond 1 a été lancée vers Vénus et Zond 3 photographiera la Lune). Zond 2 comporte un système de six moteurs plasmiques pour la commande d'attitude. Malheureusement, la puissance électrique est deux fois plus faible que prévu, et Zond 2 passe, muet, le 6 août 1965 à une distance inférieure à 5000 km de Mars.