«Венера-8» была запущена с космодрома Байконур 27 марта 1972.

6 апреля 1972 года была проведена коррекция траектории полёта станции.

22 июля 1972 года, через 117 суток после старта, станция «Венера-8» достигла окрестностей планеты Венера. В 11 часов 37 минут спускаемый аппарат вошёл в атмосферу Венеры. Во время аэродинамического торможения скорость спускаемого аппарата относительно планеты уменьшилась с 11,6 км/с до 250 м/с. При этом максимальные перегрузки достигали 335 g.

Тормозной парашют спускаемого аппарата был введён в действие на высоте 55 км над поверхностью планеты. Спуск на парашюте продолжался 55 минут. Спускаемый аппарат приземлился в 12 часов 32 минуты в точке с координатами 10,7° южной широты и 335,25° восточной долготы. Посадка состоялась на освещённой стороне на расстоянии 500 км от утреннего терминатора. Скорость спускаемого аппарата во время касания поверхности составила 8,3 м/с. Телеметрическая информация передавалась в течение всего спуска и в течение 50 минут после посадки. Были получены следующие параметры окружающей среды на поверхности планеты Венера: температура — 470±8 °C, давление — 90±1,5 атмосферы. Эти значения подтвердили данные, полученные предыдущей станцией — «Венера-7». Освещённость на поверхности при угле Солнца 5,5° составляет 350±150 люкс. По расчётам, освещённость на поверхности Венеры при Солнце в зените составит 1000 — 3000 люкс. Измерения освещённости показали, что на поверхности Венеры возможна фотосъёмка. Измерения освещённости показали, что нижний слой облаков находится достаточно высоко над поверхностью, и атмосфера достаточно прозрачна ниже облаков.

Во время спуска на высотах 33 и 46 км, с помощью прибора ИАВ-72, были проведены измерения содержания аммиака в атмосфере Венеры. Объёмное содержание аммиака находится в пределах 0,01-0,1 %.

Результаты измерений плотности грунта в месте посадки указывают на то, что грунт — рыхлый, плотность — 1,4 г/см³.

С помощью гамма спектрометра на поверхности проводились измерения естественного фона радиоактивного излучения. Содержание радиоактивных элементов в венерианском грунте схоже с содержанием этих элементов в земных породах. Программа полёта станции «Венера-8» была выполнена полностью.