6月16日，酒泉卫星发射中心。18时37分，“长征2F”运载火箭点火起飞，凭借着日益成熟的迭代制导技术，成功地将“神舟九号”载人飞船送入预定轨道，创造了中国火箭入轨精度的新记录，为“神舟九号”顺利执行交会对接任务奠定了基础。
　　18日中午，“神舟九号”抵达距“天宫一号”后下方52千米处，与“天宫一号”建立了稳定的空空通信链路，开始自主导航，经历了寻的、接近和平移靠拢三个阶段。在5000米、400米、140米、30米等4个停泊点进行停泊之后，“神舟九号”以0，2米/秒的相对速度，沿直线缓缓接近“天宫一号”目标飞行器。
　　14时07分，“神舟九号”与“天宫一号”对接环刚一接触，飞船尾部4台发动机随即点火，轻轻推动飞船，对接机构在不到8分钟时间内先后完成捕获、缓冲、拉近和锁紧4个过程。“神舟九号”和“天宫一号”实现刚性连接，形成组合体，以7，8千米/秒的速度绕地球飞行。17点06分，航天员景海鹏成功开启“天宫一号”的舱门，标志着我国航天员首次访问在轨飞行器获得圆满成功。
　　6月24日11时12分，“神舟九号”与“天宫一号”分离，并自动撤离至距“天宫一号”400米处，随后“神舟九号”逐渐接近“天宫一号”，至140米停泊点，“神舟九号”转由航天员手动控制。航天员刘旺操作平移和姿态控制手柄，在航天员景海鹏、刘洋的密切配合下，控制“神舟九号”飞船向“天宫一号”目标飞行器接近。12时55分，在航天员的精准操控下，“神舟九号”与“天宫一号”成功对接，第二次形成组合体。
　　手动交会对接难度大、风险高，要求航天员必须具备稳定的心理素质、灵活的协调性以及超强的认知、处置、协同能力。手控交会对接任务的顺利完成，标志着我国全面掌握了空间交会对接技术，具备了以不同对接方式向在轨飞行器实施人员输送和物资补给的能力。继美国和俄罗斯之后，中国成为世界上第三个掌握载人太空对接技术的国家。
　　28日9时24分，航天员刘旺手动控制“神舟九号”与“天宫一号”再次分离，并撤离至140米停泊点，飞船转自主控制，继续撤离至5千米外安全距离，并开展了重入自主控制至140米停泊点的交会飞行试验。
　　29日9时17分，飞船进入返回程序，于10时。3分准确降落在内蒙古中部主着陆场预定区域，3名航天员健康出舱。至此，“天宫一号”与“神舟九号”载人交会对接任务全面实现了“准确进入轨道、精准操控对接、稳定组合运行、安全健康返回”的预定目标。
　　中国航天科技集团公司副总经理袁洁介绍，我国载人航天工程从1992年悄然起步，在20年时间里建立了完整的天地往返载人运输系统，为正在研制建设的载人空间站及其运营系统奠定了扎实基础。我国载人航天工程“三步走”的战略确定了一条优化合理的研制途径，通过研制9艘飞船和1个空间实验室，全面实现了天地往返、航天员出舱、空间交会对接等预定目标。在系统设置和方案的设计上，开放性地使用留轨舱开展空间试验，极大的提高了飞船的利用价值。
　　为了验证空间交会对接技术，我国建立了具有中国特色的“1 3”模式，研制1艘“天宫一号”目标飞行器，同时利用3艘飞船“神舟八号”、“神舟九号”、“神舟十号”与“天宫一号”空间实验室在任务中作为目标飞行器进行对接，依次验证自动对接、手动对接、组合体运行、航天员短期驻留等关键技术，用较低的投入、较少的飞行试验次数取得了较大的综合经济效益。
　　这些飞船配置了激光雷达、微波雷达、CCD相机等不同体制的交会测量设备，建立了独特的交会对接方案，这些多项指标处于国际领先水平，在保障任务完成和航天员安全方面提供了更多保证。
　　同时也促进了相关领域的技术发展。神舟飞船上配置的异体同构对接机构，有上千个轴承，是我国自主研制的最为复杂的空间机电设备，技术难度大，当今只有俄罗斯具备研制能力，而我国经过十多年的技术攻关，完全掌握了对接机构技术，表明我国已具备空间复杂机构的设计生成和试验能力。
　　从无人飞行到载人飞行，从一人一天到多人多天，从舱内实验到出舱活动，从单船飞行到组合体稳定运行……短短20年，中国成功突破和掌握了载人天地往返、航天员空间出舱、空间交会对接三大载人航天基本技术，开始迈向空间站时代。这是中国航天之路的新高度，也是中华民族复兴之路的新跨越。