Le lanceur et ses moteurs sont fabriqués dans l'usine de la société située à Hawthorne en Californie près de l'aéroport de Los Angeles. SpaceX y dispose d'une surface couverte de 5,1 hectares permettant d'assembler en parallèle 3 lanceurs Falcon 9 ainsi que 2 douzaines de moteurs Merlin et trois lanceurs Falcon 1. Le lanceur est transféré par route jusqu'à son site de lancement (Floride ou Californie) où il est assemblé avec sa charge utile puis testé avant son lancement.
Au décollage les moteurs sont allumés et le lanceur est retenu par les quatre pattes de la table de lancement pour vérifier que la poussée est nominale. Si les données fournies sont correctes, les fixations sont libérées et les pattes basculent en arrière pour s'écarter de la trajectoire des moteurs tandis que le lanceur s'élève lentement. Si une extinction des moteurs a été demandée, le système permet de relancer très rapidement le compte à rebours à h-15 minutes comme cela a été démontré au cours du premier lancement. Max Q (pression aérodynamique maximale) est atteint 76 secondes après le décollage et les contraintes aérodynamiques sont levées au bout de 115 secondes. A t+155,5 secondes, deux des neuf moteurs sont éteints pour limiter l'accélération car la poussée des moteurs de cet étage n'est pas modulable.
La séparation entre les deux étages n'est pas assistée par des fusées mais par des poussoirs pneumatiques comme sur le Falcon 1. Elle se déroule en 3 temps : extinction des moteurs du premier étage à t+174,2 secondes, séparation à t+176,2 secondes et démarrage du moteur du second étage à t+179,2 secondes. La jupe de liaison entre les deux étages qui est solidaire du premier étage comprend des parachutes qui doivent freiner sa descente et permettre sa récupération et sa réutilisation après son amerrissage.
Le moteur du second étage a une poussée modulable (60 à 100%) et peut être rallumé deux fois pour répondre à des besoins particuliers de trajectoire. Un double système d'allumage accroît la fiabilité de la mise à feu de ce moteur. La coiffe est éjectée à t+199,2 secondes. Pour une injection en orbite de transfert géostationnaire le second étage est éteint une première fois à t+457,9 secondes puis rallumé entre t+1488,6 et t+1544,6 secondes. Avant la séparation de la charge utile l'orientation du lanceur peut être fixe ou celui-ci peut être mis en rotation à la vitesse de 5 tours par seconde. Initialement les deux étages devaient pouvoir être réutilisés après un lancement ce qui contribuait à la baisse du coût du lancement. Mais cette possibilité reste aujourd'hui à démontrer.
Le carnet de commandes, affiché sur le site officiel de Space X, comporte un lancement en 2011 pour un opérateur privé MDA Corp suivi la même année de deux lancements de ravitaillement de la Station spatiale internationale. Entre 2012 et 2015 le manifeste affiche les 10 missions de ravitaillement de la Station spatiale prévues dans le contrat avec la NASA et huit autres lancements.
La qualification pour le programme COTS, qui constitue la majorité du carnet de commande du lanceur, est un enjeu majeur pour SpaceX. Afin de qualifier le lanceur et le vaisseau SpaceX Dragon pour le ravitaillement de la Station spatiale internationale, trois vols de difficulté croissante doivent être réalisés avec succès. Fin mai 2010, SpaceX, qui a reçu 350 millions de $ d'avances de la part de la NASA, a annoncé à l'agence spatiale américaine qu'elle ne prévoyait plus qu'un seul vol de démonstration en juillet 2010. Le deuxième vol, nécessitant des développements complémentaires, est désormais prévu pour mars 2011 tandis que le troisième vol serait réalisé en mai 2011. Or, après l'arrêt de la navette spatiale fin 2010, le lanceur va jouer un rôle crucial dans le maintien du potentiel de la station spatiale : il n'existe plus aucune marge au cas où des problèmes de mise au point surgiraient. Par ailleurs la NASA a décidé de ne plus utiliser les cargos russes Progress pour le ravitaillement de la partie américaine de la station à compter de fin 2011. Un report supplémentaire dans la date de disponibilité opérationnelle des cargos du programme COTS contraindrait à réduire l'activité de la station spatiale et à la placer en mode « survie » avec un équipage réduit et une activité scientifique limitée comme cela s'était produit après l'accident de la navette spatiale Columbia.
SpaceX, dont le financement et les dépenses sont opaques, pourrait être confronté par ailleurs à des problèmes de trésorerie dans le futur : le propriétaire de SpaceX, Elon Musk, a déclaré en février 2010, dans le cadre du jugement en cours pour son divorce, qu'il était à cours de liquidités et qu'il devait emprunter auprès de ses amis pour couvrir ses dépenses quotidiennes. Mais le porte parole de SpaceX a indiqué que la société, grâce aux contrats engrangés, ne dépendait pas des finances de son propriétaire pour sa survie.