9月１7日１６時１５分，經過近５個月的飛行后，天舟一號貨運飛船按計劃與天宮二號空間實驗室完成分離，繼續開展離軌前的拓展應用和相關試驗。

9月１７日１５時２９分，地面發送指令，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室實施分離。按程序，天舟一號分離至后向１２０米并保持位置，地面確認狀態正常后，發令控制天舟一號正常撤離，天舟一號建立三軸穩定對地飛行姿態，在高度約４００公里的近圓軌道上開始獨立運行。

按計劃，天舟一號還將繼續開展多項拓展試驗，提高綜合應用效益，同時也為空間站研制建造和運營管理積累經驗。