La taille et la puissance des fusées sondes japonaise grandit, les ambitions se focalisent sur l'envoie de charges utiles en orbite. La série des fusées Lambda 4S, développée pour cette mission enregistre toute une série d'échec entre 1966 et 1969. Ce n'est qu'au 5eme tir que l'ISA place en 1970 son premier satellite en orbite, Ohsumi (12 kg). Devant ce succès, la politique spatiale du japon part rapidement vers de nouvelles directions.

La fusée sonde Lambda réalisera 23 vols entre 1963 et 1977

A la fin de la seconde moitié des années 1960, l'industrie des fusées sondes solides interpelle les USA. Ces derniers s'interrogent sur la possibilité que cette technologie tombe dans de mauvaises mains chez les pays asiatique voisins. Les américains craignent aussi que le Japon devienne un "concurrent" pour le lancement de satellites d'autres pays construit avec la technologie occidentale. L'exemple de la France est encore dans les esprits. Une série de discutions ont lieu entre Tokyo et Washington. En juillet 1969, un accord est finalisé, le Japon pourra développer des lanceurs plus puissants à carburant liquide en utilisant la technologie US sous licence. 

Octobre 1969, la NASDA, National Aeronautical Space Development Agency est crée dans le but de développer de nouveaux lanceurs et des satellites de communication. L'ISAS de son coté est assigné au développement de fusées sondes solide et gère la science spatiale. Coté budget, la NASDA reçoit près de 70% du budget spatial.

La NASDA est basé au large des cotes de Kyushu, sur la petite île de Tanegashina. A cet endroit, l'agence développe son lanceur, sous licence US à partir du premier étage du missile US Thor Delta, baptisé N1. En 1975, elle place sur orbite le satellite ETS 1. 

En 1977, la N1 permet de placer en orbite GEO le satellite ETS 2. En 1981, la N2 lui succède en lançant ETS 4. L'industrie US et la NASA ont efficacement "limité" le développement de la N1 et la N2 en bridant ses capacités orbitale.

Les lanceurs  N1 et N2, dérivé des Delta US. Le N1 sera lancé 7 fois jusqu'en 1982 (un échec) et le N2 8 fois jusqu'en 1987

1980, la NASADA décide d'augmenter les performances de ces lanceurs avec la H1. Doté d'un étage supérieur cryogénique et d'un 3eme étage à poudre de fabrication nationale, il est assister au décollage par des boosters à poudre dérivé des moteurs Castor US. L'accord de 1969 limitant le lancement de satellite domestique par les lanceurs à technologie américaine conduit le japon à la fin des années 1980 à développer son propre lanceur, le H2.

Le lanceur H1, lancé 9 fois entre 1986 et 1992 avec succès

L'ISA de son coté continuent à lancer des fusées sondes. Le Lambda est remplacé par la série des Mu plus puissante dans les années 1970. En 1986, l'ISAS lance une sonde vers la comète de Halley et une sonde lunaire en 1990. En 1998, une fusée Mu 5 envoie la sonde Planet B (Espoir) vers mars. Après deux survol de la terre, un problème d'énergie électrique fait perdre la sonde qui passe loin de la planète rouge en 2003.

La série des fusées Mu 3et 4 seront lancé 27 fois de 1966 à 1995. La Mu 5 sera lancé 7 fois entre 1997 et 2006

1994, après près de 10 ans de développement, la première H2 est lancé. Ce premier tir emporte une série d'équipement destiné à évaluer les performances du lanceur. A bord se trouve aussi OREX Orbital Re-Entry Experiment, un revêtement de céramique monté sur une tuile thermique pour un mini-shuttle, le véhicule HOPE, H2 Orbiting plane. En 1996, la 4eme H2 lance ADEOS 1 pour observer la terre. Un problème de panneaux solaire limite la mission à seulement un an. En 1998, la 6eme H2 ne parvient pas à placer le satellite de communication expérimentale  COMETS en orbite. La 7em H2 échoue à cause de l'arrêt prématuré du premier étage. Le satellite météo militaire est perdu. Les échec du H2 fait capoter un contrat de Hughes avec l'industrie japonais pour lancer 10 satcoms avec le lanceur H2 A à partir de 2001.

La H2 sera lancé 7 fois entre 1994 et 199 avec 2 échecs.

La première H2 A devait emporter le satellite de l'ESA Artemis, mais des problèmes d'argent arrête le programme, le dernier H2 n'est pas assemblé et laissé en état. Il est actuellement en exposition devant le musée du centre spatial. 

Devant l'énorme coût de lancement des lanceurs japonais, l'ISAS s'associe à la NASDA pour développer un nouveau lanceur moins cher, le J1 qui sera annulé après le second vol test. Après quelques modifications, le H2A repart pour l'espace en 2001. Le 4eme vol place ADEOS 2 sur orbite et le premier satellite australien. En mars, une H2 place le premier satellite de reconnaissance japonais sur orbite.

Le lanceur H2 A existe en 4 versions, avec deux boosters SRB, deux SRB et 2 Castor, 2 SRB et 4 castor et 4 SRB.

Devant le nombre d'échec de la NASADA et de l'ISA, en octobre 2003, le gouvernement japonais fusionne les deux entité ISA, NASADA et la National Aerospace Laboratory (NAL) et forme la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Son premier lancement, le 6eme du H2A est un échec en novembre, un booster ne s'est pas séparé.

En novembre 2004, l'ancien PDG de l'entreprise de télécommunications NTT DoCoMo, Keiji Tachikawa, est placé à la tête de l'agence spatiale. Son objectif est de donner une véritable impulsion au programme spatial japonais ainsi qu'une meilleure visibilité des missions spatiales auprès du public. Cette meilleure promotion des missions a pour principal objectif de pousser le gouvernement à mieux financer la JAXA, car de 1999 à 2004, son budget a baissé de 30 %, soit 1,8 milliard de dollars. C'est ainsi que JAXA Vision 2025 a vu le jour. Ce plan prévoit de lancer un programme spatial habité et autonome, comme son gigantesque voisin, la Chine.

En 2005, le H2A lance avec succès une série de satellites pour compléter le système IGS (Information Garthering Satellites) afin de recueillir des renseignements sur la corée. En 2007, une H2 A lance la sonde Kaguya vers la lune.

La dernière version du H2, la H2 B est testé au sol dans l'été 2009 en vue de lancer le ravitailleur HTV vers la station ISS en septembre. Parallèlement aux lanceurs et aux satellites, le japon participe à la station ISS en construisant le laboratoire Kibo, dans les éléments ont été finalement lancés en 2008-2009 par le Shuttle US.

Depuis, la JAXA a réussi à lancer des fusées M-V, à placer des satellites en orbite (ASTRO-F par exemple en février 2006), et elle est impliquée dans beaucoup d'autres missions telles que l'exploration d'astéroïdes, le projet BepiColombo vers Mercure ou bien encore l'envoi futur d'un équipage sur la Lune.

La JAXA poursuit des programmes spatiaux scientifiques ambitieux dans les télécommunications avec les satellites expérimentaux Engineering Test Satellite et OICETS, avec l'Agence spatiale européenne (ESA) dans des satellites scientifiques (seule ou en collaboration internationale, par ex. BepiColombo pour Mercure) dans les vols habités avec la participation à la construction de la Station spatiale internationale (ISS) dans les lanceurs avec les fusées H-IIA et M-V. L'agence spatiale japonaise développe également un projet d'avion supersonique commercial, Supersonic Transport (SST). Il relierait Tokyo à Los Angeles en environ 4 heures. Considéré comme le successeur du Concorde, il a notamment pour objectifs de corriger ses défauts, comme sa forte consommation de carburant et son bruit important. Un centre d'intégration et d'entraînement des spationautes à Tsukuba, dans la préfecture d'Ibaraki