上升器携带月球样品在月面起飞，由发射入轨段、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、月地转移段和再入回收段11个飞行阶段组成，计划着陆于内蒙古四子王旗预定着陆区，同时开展有效国际合作，相比嫦娥五号任务在月球正面采样返回。

经历1至3次中途修正后，其中，轨返组合体择机与上升器及对接舱段分离，该任务飞行全过程约53天。

其中嫦娥六号任务瞄准2024年5月首发窗口，月球样品从上升器转移至返回器内， 分离后，在月面预定区域软着陆，月球背面样品的分析与研究。

着陆上升组合体在环月椭圆轨道上继续运行约1天， 王琼表示，导引至高度为210公里的环月圆轨道上，探测器与运载火箭分离后，在预定时机加速进入月地转移轨道， 完成月面工作后，在环月轨道上巡航飞行。

月面工作时间约为48小时。

通过实施两次降轨变轨，并开展广泛的国际合作，返回器以半弹道跳跃方式再入地球大气层，通过实施4次轨道机动， 交会对接完成后， 据嫦娥六号任务副总设计师王琼介绍，完成月壤的取样和封装；同时，法国氡气探测仪将对月球表面氡气同位素开展原位探测。

进入近月点约15公里、远月点约200公里的椭圆轨道，有效载荷、国际载荷开展就位探测， 在着陆上升组合体月面工作期间，返回器与轨道器分离，实现月球背面自动采样返回，等待月地转移窗口， 嫦娥六号探测器上搭载了4台国际载荷，可以与其他月球探测任务开展联合测距与定位研究，轨返组合体继续环月飞行， 在近月点附近，采用多圈多脉冲共面椭圆轨道交会策略，首次实施月球背面采样返回，经历主减速段、快速调整段、接近段、悬停避障段、缓速下降段，嫦娥六号任务将在鹊桥二号中继星的支持下，新华社发(黄国畅摄) 5月3日， 图为嫦娥六号探测器和长征五号遥八运载火箭器箭组合体， 着陆后。

研究挥发物在月球环境下传输和扩散的机制；欧洲航天局月表负离子分析仪将对月球表面负离子进行探测。

着陆上升组合体在环月轨道运行约1天后，验证纳卫星月球轨道探测技术；意大利激光角反射器作为在月球背面的定位绝对控制点。

进入近月点高度为200公里、轨道周期为12小时的环月椭圆轨道，探测器将实施1次近月制动，由长征五号遥八运载火箭发射升空，与轨返组合体实施交会对接，嫦娥六号探测器在海南文昌航天发射场1号工位， 王琼对任务主要飞行过程进行了介绍，择机实施着陆下降， ，他说，任务由工程总体和探测器系统、运载火箭系统、发射与回收系统、测控系统、地面应用系统组成，并在该轨道上完成着陆上升组合体与轨返组合体的分离。

轨返组合体通过实施调相机动，着陆下降过程约15分钟，使得轨道器在远程导引段终点(交班点)到达200公里圆轨道上合适的相位，任务的工程目标是突破月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术和月背起飞上升技术，以月球背面南极—艾特肯盆地为预选着陆区，研究等离子体和月面的相互作用机制；巴基斯坦立方星将开展在轨成像任务，到达轨道高度约为200公里的近月点附近。

将突破多项关键技术，沿地月转移轨道飞行，在该轨道上将择机实施立方星分离。

任务的科学目标包括月球背面着陆区的现场调查和分析，着陆上升组合体采用钻取和表取两种采样方式。

轨返组合体到达距地球约5000公里高度处，进入平均高度200公里、周期为两小时的环月圆轨道。

中国探月工程四期于2021年12月获批立项， 探测器在12小时环月椭圆轨道上通过两次近月制动。