神舟九號飛船發射前約20天，天宮一號目標飛行器開始降軌調相，進入高度約為343千米的近圓對接軌道，建立載人環境，等待與飛船交會對接。
飛船發射入軌後，按預定程序完成與目標飛行器自動交會對接，此過程同天宮一號與神舟八號交會對接基本一致。
神舟九號與天宮一號自動對接形成組合體。航天員在地面指揮與支持下，完成組合體狀態設置與檢查，依次打開各艙段艙門，通過對接通道進入天宮一號實驗艙。
組合體飛行期間，由目標飛行器負責飛行控制，飛船處於停靠狀態。3名航天員在飛船軌道艙內就餐，在天宮一號內進行科學實驗、技術試驗、鍛煉和休息。
航天員手控交會對接的主要過程是：3名航天員返回飛船，依次關閉各艙段艙門。飛船自主撤離至距目標飛行器約400米處，然後自主控制接近目標飛行器，在140米處停泊，轉由航天員手動控制。航天員通過操作姿態和平移控制手柄，瞄准目標飛行器十字靶標，控制飛船逐步接近目標飛行器，至對接機構接觸，完成手控交會對接。3名航天員再次進入天宮一號駐留。
飛船返回前，3名航天員返回飛船返回艙。兩飛行器分離，航天員手動控制飛船撤離至140米處，飛船轉為自主控制，繼續撤離至5公里外安全距離。
之後，飛船返回著陸場，地面人員及時完成航天員搜救和返回艙回收；目標飛行器變軌至370千米自主飛行軌道，轉入長期在軌運行。 |
