6月6日14時48分，嫦娥六號上升器成功與軌道器和返回器組合體完成月球軌道的交會對接，并于15時24分將月球樣品容器安全轉移至返回器中。這是我國航天器繼嫦娥五號之后，第二次實現(xiàn)月球軌道交會對接。

嫦娥六號上升器自6月4日上午從月球背面起飛進入環(huán)月飛行軌道后，先后進行了4次軌道調整，上升器于軌道器和返回器組合體前方約50公里，上方約10公里位置時，軌道器和返回器組合體通過近程自主控制逐步靠近上升器，完成軌道交會。軌道器配置的3套K形抱爪對準上升器連接面的3根連桿，通過將抱爪收緊實現(xiàn)兩器緊密連接，精準完成交會對接。此后，裝載著珍貴月球背面樣品的容器從上升器被安全轉移至返回器中。

后續(xù)，嫦娥六號軌道器和返回器組合體將與上升器分離，進入環(huán)月等待階段，準備擇機實施月地轉移軌道控制，經(jīng)歷月地轉移、軌道器和返回器分離等關鍵步驟后，按計劃返回器將攜帶月球樣品著陸在內蒙古四子王旗航天著陸場。