长征五号遥八运载火箭飞行约37分钟后，器箭分离，将嫦娥六号探测器直接送入近地点高度200公里，远地点高度约38万公里的预定地月转移轨道。嫦娥六号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成。
后续，在地面测控和鹊桥二号中继星支持下，嫦娥六号探测器将历经地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月面软着陆等过程，在月球背面预选区域采集月表岩石和月壤样品，同时开展科学探测。完成采样封装后，上升器将在月面起飞，随后开展月球轨道交会对接并将样品转移至返回器；返回器将经历月地转移、接近第二宇宙速度再入地球等过程，最终携带珍贵的月球样品返回地球。
据介绍，嫦娥六号任务发射至采样返回全过程约53天，任务周期长，工程创新多，风险高，难度大，每个阶段环环相扣。相比2020年实现月球正面采样返回的嫦娥五号任务，嫦娥六号任务需在鹊桥二号中继星的支持下，实施首次月球背面采样返回，突破月球逆行轨道设计与控制、月背智能快速采样、月背起飞上升等关键技术。同时，嫦娥六号任务将开展月球背面着陆区的现场调查分析，月球样品实验室分析研究等科学探测，深化月球成因和演化历史的研究。
此外，嫦娥六号任务开展了务实国际合作。2019年4月，国家航天局对外发布了《嫦娥六号任务国际载荷合作机遇公告》，通过对两批次国际载荷搭载项目建议的征集、遴选，最终确定了欧空局月表负离子分析仪、法国月球氡气探测仪、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星等4个国际搭载项目。
其中，欧空局月表负离子分析仪将对月球表面负离子进行探测，研究等离子体和月面的相互作用机制；法国月球氡气探测仪旨在对月球表面氡气同位素开展原位探测，研究挥发物在月球环境下传输和扩散机制；意大利激光角反射器计划利用在月球背面的定位，与其他月球探测任务开展联合测距与定位研究；巴基斯坦立方星将开展在轨成像任务，验证纳卫星月球轨道探测技术。
5月3日，国家航天局在海口召开嫦娥六号国际载荷研讨会。来自巴基斯坦、法国、意大利等12个国家航天机构、驻华使馆以及联合国、欧空局等国际组织约50名国际友人齐聚海南共商合作并见证嫦娥六号任务发射。
长征五号运载火箭是我国首型芯级直径5米的新一代大推力运载火箭，总长约《welcome足球体育大厅》57米，起飞重量约870吨，起飞推力超过1000吨，近地轨道运载能力可达25吨级，地球同步轨道运载能力可达14吨级，2016年完成首飞。
