Druga radziecka sonda przeznaczona do badania większego księżyca Marsa, wyposażona w dwa lądowniki do osadzenia na Phobosie.
Ostatnia radziecka sonda wysłana w kierunku Marsa.

Rakieta nośna Proton, masa sondy 6220 kg, masa stacjonarnego lądownika ok. 50 kg, masa ruchomego lądownika 30 kg.
Sonda zbudowana została z dwóch sekcji: toroidalnej zawierającej aparaturę naukową oraz cylindrycznej mieszczącej pozostałe wyposażenie. W górnej części sekcji cylindrycznej umieszczona została ruchoma antena kierunkowa, sekcja toroidalna łączyła się ze stopniem napędowym (prototypem obecnego stopnia Fregat) służącym do manewrów na orbicie wokół Marsa. Zasilanie z dwóch baterii słonecznych o rozpiętości 10 m. Lądownik DAS (Dołgowriemiennaja Avtonomnaja Stancija) w postaci złożonej oraz lądownik ruchomy ("hopper") umieszczone były na górze sekcji toroidalnej.

Aparatura naukowa orbitera zawierała następujące przyrządy:
 

FREGAT - zespół kamer i spektrometrów do fotografowania powierzchni Marsa i Phobosa, LIMA-D - urządzenie laserowe do badania składu gruntu, wiązka lasera miała uderzać w grunt z odległości 30 m prowadząc do roztopienia i odparowania próbki o średnicy 1-2 mm, DION - działo jonów kryptonu sprzężone z laserem LIMA-D wspomagające badanie składu pierwiastkowego gruntu, GRUNT - radar do badania struktury powierzchni i warstw podpowierzchniowych, KRFM-ISM oraz TERMOSCAN - instrumenty do obserwacji powierzchni Marsa i Phobosa w zakresie podczerwieni, GS-14 - detektor promieniowania rentgenowskiego wydzielanego przez radioaktywne składniki powierzchni, IPNM-3 - detektor neutronów wybijanych z powierzchni Phobosa przez promieniowanie kosmiczne, ASPERA - spektrometr masowy do badania cząstek naładowanych w magnetosferze Marsa, MAGMA i FGMM - magnetometry do pomiaru pól magnetycznych w przestrzeni międzyplanetarnej, wokół Marsa i Phobosa, APV-F - analizator fal plazmowych (wykonany przy udziale polskich specjalistów).

W czasie międzyplanetarnej podróży sonda wykonywała obserwacje Słońca w zakresie miękkiego promieniowania X oraz gamma, a także rozbłysków promieniowania gamma pochodzących spoza Układu Słonecznego.

Aparatura naukowa lądownika DAS zawierała urządzenie ALPHA-X do badania składu gruntu metodą alfa-radiometrii, zestaw RAZREZ do badania fizycznych własności i temperatury warstw podpowierzchniowych (umieszczony w penetratorze), sejsmometr, zestaw dwóch kamer oraz czujnik Słońca do precyzyjnego określenia ruchów libracyjnych księżyca. Lądownik po zetknięciu z gruntem miał wystrzelić harpun (penetrator na zwijanej lince), który miał zapobiec odbijaniu się obiektu w słabym polu grawitacyjnym Phobosa i zapewnić stabilizację rozkładanej konstrukcji lądownika. Zasilanie z 3 rozkładanych baterii słonecznych. Pracę aparatury lądownika DAS przewidziano na rok.

Aparatura naukowa ruchomego lądownika zawierała rentgenowski spektrometr fluorescencyjny (do badania składu gruntu), magnetometr,penetrometr (do badania fizycznych własności gruntu), grawimetr i dynamograf (do badania pola grawitacyjnego Phobosa). Zasilana była z akumulatora, toteż od momentu zrzutu na powierzchnię księżyca mogła pracować najwyżej kilkadziesiąt godzin.
Lądownik wyposażony został w proste urządzenie do przemieszczania się: w jego dolnej części zamontowano dwie pary prętów - jedna z nich połączona była z mechanizmem sprężynowym. Zwolnienie sprężyny powodowało obrót tej pary prętów i odbicie sondy od powierzchni na odległość do 20 m. Po upadku sonda stabilizowała się w ten sposób, że spoczywała dolną częścią (zawierającą aparaturę) na gruncie umożliwiając jego badanie. Pręty również spoczywały na gruncie i kolejne zwolnienie sprężyny (napiętej przy pomocy silniczka elektrycznego) pozwalało na wykonanie kolejnego skoku. Konstruktorzy tego oryginalnego rozwiązania liczyli, że "hopper" wykona około 10 skoków na powierzchni Phobosa.

Przebieg lotu:

Start nastąpił 12.07.1988 o 17:01:43 UT.  Sonda pomyślnie została wprowadzona na trajektorię międzyplanetarną, na której 21 lipca 1988 oraz 23 stycznia 1989 przeprowadzono dwie zaplanowane korekty.

29.01.1989 Fobos-2 wszedł na orbitę wokół Marsa stając się jego siódmym sztucznym satelitą.Początkowe parametry orbity wynosiły: hp=819 km, ha=81214 km, i=1,5°, t=77 h.

12 lutego przeprowadzono pierwszą korektę orbity uzyskując hp=6400 km, ha=81200 km, i=0,9°, t=86,5 h.

18 lutego uzyskano kołową orbitę obserwacyjną: h=6280 km (300 km nad orbitą Phobosa), i=0,5°, t=8 h. Zużyty stopień napędowy został odrzucony. Dalsze manewry na orbicie - w szczególności synchronizacja ruchu sondy z ruchem Phobosa - odbywały się za pomocą silnika własnego sondy.

21 lutego sfotografowano Phobosa z odległości 890 km, 28 lutego uzyskano znacznie lepsze zdjęcia z odległości 320 km.

25 marca sonda zbliżyła się do celu na odległość 191 km, operację badania powierzchni i zrzutu lądowników zaplanowano na 4-5 kwietnia 1989 r.

27 marca 1989 r. planowany seans łączności nie doszedł do skutku, słaby sygnał na centymetrowej częstotliwości świadczył o braku stabilizacji i rotacji sondy. Dalsze próby nawiązania łączności z Fobosem-2 nie powiodły się.

15 kwietnia 1989 r. sonda oficjalnie uznana została za straconą. Prawdopodobną przyczyną była awaria komputera pokładowego, który sterował orientacją sondy i już w trakcie lotu międzyplanetarnego wykazywał pewne nieprawidłowości. Wśród innych przyczyn wymieniane są zderzenie sondy z mikrometeorem lub zakłócenia elektryczne w pobliżu Phobosa.