6月6日14时48分，嫦娥六号上升器成功与轨道器和返回器组合体完成月球轨道的交会对接，并于15时24分将月球样品容器安全转移至返回器中。这是我国航天器继嫦娥五号之后，第二次实现月球轨道交会对接。
嫦娥六号上升器自6月4日上午从月球背面起飞进入环月飞行轨道后，先后进行了4次轨道调整，上升器于轨道器和返回器组合体前方约50公里，上方约10公里位置时，轨道器和返回器组合体通过近程自主控制逐步靠近上升器，完成轨道交会。轨道器配置的3套K形抱爪对准上升器连接面的3根连杆，通过将抱爪收紧实现两器紧密连接，精准完成交会对接。此后，装载着珍贵月球背面样品的容器从上升器被安全转移至返回器中。
后续，嫦娥六号轨道器和返回器组合体将与上升器分离，进入环月等待阶段，准备择机实施月地转移轨道控制，经历月地转移、轨道器和返回器分离等关键步骤后，按计划返回器将携带月球样品着陆在内蒙古四子王旗航天着陆场。
