9月17日15时29分，地面发送指令，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室实施分离。按程序，天舟一号分离至后向120米并保持位置，地面确认状态正常后，发令控制天舟一号正常撤离，天舟一号建立三轴稳定对地飞行姿态，在高度约400公里的近圆轨道上开始独立运行。

按计划，天舟一号还将紧随开展多项拓展试验，提高综合应用效益，同时也为空间站研制建造和运营管理积累经验。