5月3日发射升空的嫦娥六号探测器在经历近月制动、着陆器与上升器组合体和轨道器与返回器组合体分离后，于6月2日成功着陆在月球背面南极月球背面的南极——艾特肯盆地（Aitken）预选着陆区。
6月2日至3日，嫦娥六号顺利完成在艾特肯盆地的智能快速采样，并按预定形式将珍贵的月球背面样品封装存放在上升器携带的贮存装置中。嫦娥六号还在月球背面展示了一面用地球上的玄武岩来制作的五星红旗。据悉，这是科研人员把取自河北蔚县的玄武岩粉碎、融化、拉丝、纺线、织布等一系列步骤制成的国旗，而之所以选择用玄武岩制作，一方面的原因是月球上玄武岩含量非常丰富，后续在月球建设基地很可能会用玄武岩做成纤维，做成建筑材料。
6月4日7时38分，嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面起飞，3000N发动机工作约6分钟后，成功将上升器送入预定环月轨道。后续，上升器将与在环月轨道上等待的轨道器和返回器组合体进行月球轨道的交会对接，并将月球样品转移到返回器中；轨道器和返回器组合体将环月飞行，等待合适的返回时机进行月地转移，在地球附近返回器将携带月球样品再入大气层，计划降落在内蒙古四子王旗着陆场。