6月28日，中国国家航天局在北京举行探月工程嫦娥六号任务月球样品交接仪式。经初步测算，嫦娥六号任务采集的月球背面样品为1935.3克。在样品安全运输至月球样品实验室后，地面应用系统的科研人员将按计划开展月球样品的存储和处理，启动科研工作。这标志着嫦娥六号任务由工程实施阶段正式转入科学研究新阶段。 这份人类第一次采集到的月背样品，在科学上具有独特意义，将进一步增进人类对月球演化的认知，加快人类和平探索利用月球资源的脚步。嫦娥六号任务总设计师胡浩介绍说在采样过程中，就感觉月球背面和正面的月壤不太一样，正面的月壤比较细腻、松散，背面的状态似乎不太一样。而且采样的南极-艾特肯盆地是现在发现的月球上最大、最深、最古老的盆地，研究这里的地质构成、物质组成、演化历史，有助于了解月球甚至地球早期的地质演化历史。这次月球背面样品的采集有望为研究月球的二分性，完整了解月球的历史提供机会。同时也可以为早期的撞击历史，甚至地球的早期撞击过程研究提供机会，有助于了解太阳系早期的演化历史和判断历史，推动比较行星学的研究。
当地时间6月25日14时07分，在太空“出差”50多天的嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域，实现世界首次月球背面采样返回。据介绍，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。 而在返回时，嫦娥六号返回器还打起了“水漂”。先是在距地面高度约120公里处，以接近第二宇宙速度（约为11.2千米/秒）高速在大西洋上空第一次进入地球大气层，实施初次气动减速。下降至预定高度后，返回器在印度洋上空向上跳出大气层，到达最高点后开始滑行下降。之后，返回器再次进入大气层，实施二次气动减速。在降至距地面约20公里高度时，返回器转入开伞姿态。约10公里高度时，返回器打开降落伞，完成最后减速并保持姿态稳定，随后准确在预定区域平稳着陆。
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。
北京时间5月3日17时27分，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场发射，之后准确进入地月转移轨道，发射任务取得圆满成功。嫦娥六号原本是嫦娥五号的备份，在嫦娥五号任务成功后被赋予了新的使命，它将前往月球背面的南极——艾特肯盆地（Aitken）采集月球样品，并带回地球，这也将是人类首次开展月球背面取样。 这次的月球背面采样之旅非常复杂，从火箭发射到取到月背样品返回到地面，整个过程要经历50多天。期间要经过11个飞行阶段，分别是：发射入轨段、地月转移段、近月制动段、环月飞行段、着陆下降段、月面工作段、月面上升段、交会对接与样品转移段、环月等待段、月地转移段以及再入回收段，再加上探测器的四个组成部分：上升器、着陆器、返回器和轨道器的多次分离组合，技术难度非常大，而且各个环节需要环环相扣，容不得一丝的差错。 这次嫦娥六号预选的着陆区艾特肯盆地，被公认为月球上最大、最古老、最深的盆地，探测器将进行形貌探测和地质背景勘察等工作，去发现并采集不同地域、不同年龄的月球样品，实现众多科学目标。除此之外，嫦娥六号还搭载了4个国际载荷： 法国氡气探测仪，对月球表面氡气同位素开展原位探测。 欧空局月表负离子分析仪，对月球表面负离子进行探测，研究等离子体和月面的相互作用机制。 巴基斯坦立方星，开展在轨成像任务，验证纳卫星月球轨道探测技术。 意大利激光角反射器，利用在月球背面的定位，可与其他月球探测任务开展联合测距与定位研究。 据统计，迄今为止，人类共对月球进行了10次采样返回，这10次采样均位于月球的正面，均由美国和俄罗斯实现。2020年，中国发射的嫦娥五号成功登月，并带回月壤样本，使中国成为世界第三个有能力在月球上“挖土”的国家。