嫦娥六号探测器于5月3日在中国文昌航天发射场发射升空并进入地月转移轨道。探测器经过轨道修正、近月制动，顺利进入环月轨道飞行。此后，探测器经历着陆器和上升器组合体、轨道器和返回器组合体的分离，在鹊桥二号中继星支持下，着陆器和上升器组合体实施环月降轨及动力下降，于6月2日精准着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选区域并开展采样工作。6月4日，上升器点火起飞、精准入轨，于6日完成与轨道器和返回器组合体之间的交会对接及样品转移，此后按计划与轨道器和返回器组合体分离并受控落月。此后，轨道器和返回器组合体经历了13天环月等待，此后在完成2次月地转移入射、1次轨道修正后，返回器于6月25日与轨道器分离并携带月背样品重返地球。