12月1日23時～3日23時，月表停留48小時。正是采樣點光照充足之時（正值月球正面大白天，月晝?yōu)槠?4個地球日），嫦娥五號探測器可以有效利用持續(xù)穩(wěn)定的太陽光照，為儀器設(shè)備供電保溫，同時便于鉆孔探測，采集樣品，以及各種拍照探測等。

12月2日1:15～3:45，利用月巖鉆探機進行地下鉆取采樣，目標(biāo)打鉆2米深，然后樣品封裝。

12月2日5:14～3日3:35，使用機械取樣器在著陸器周圍進行月表取樣，然后封裝。

12月3日23:10，月表停留兩天后，攜帶封裝樣品、重約500公斤的上升器啟動點火，從著陸器上方起飛。17分鐘后展開太陽翼，緩慢爬升。而著陸器留守月球，獨自工作。

12月4日～5日，嫦娥五號任務(wù)控制團隊對上升器進行4次遠程導(dǎo)引操作，進入15×185公里的橢圓形軌道。

12月6日2:14，上升器與軌道器進入交會對接的近距離階段，軌道器追逐、接近上升器。對接時間窗口約為3.5個小時。

12月6日5:40，上升器與軌道器實現(xiàn)精準對接。之后進行樣品轉(zhuǎn)移，置于返回器艙內(nèi)密封。

12月6日12:35，軌道器+返回器組合體與上升器及對接艙分離操作，為接下來返航做準備。上升器被拋棄在月球軌道。

12月13日10:51，軌道器+返回器組合體進入TEI月地轉(zhuǎn)移軌道第一次點火，以獲得足夠速度飛回地球軌道。大約112小時后返回器重返地球。

12月14日14:13，軌道器+返回器組合體進入TEI月地轉(zhuǎn)移軌道第二次點火。

當(dāng)軌道器、返回器組合體在距離地球5000公里時，軌道器完成地月最后使命，與返回器分離，揮別。返回器獨自預(yù)備重返地球。

12月17日2:30～3:30，返回器跳躍式再入大氣層，以盡可能減小再入速度。此時接近第二宇宙速度，高達每秒11公里，相當(dāng)于32馬赫，這將創(chuàng)下中國航天器再入速度之最。這更是決定嫦娥五號任務(wù)成敗的最后一關(guān)。預(yù)計返回器傘式降落在內(nèi)蒙古四子王旗著陸區(qū)。