把乘组送入天宫一号
2012年6月，神舟九号承担中国首次载人交会对接飞行任务。此前神舟八号已验证无人自动对接；这次要把景海鹏、刘旺、刘洋送入天宫一号目标飞行器，并在轨验证航天员手动控制对接。景海鹏担任指令长，任务同时考核人员与物资往返运输、天宫一号生活保障以及两个航天器连接后的管理。
神舟九号与长征二号F遥九火箭的技术状态总体延续前次任务，但针对载人飞行修改了部分设备和程序，并启用手控交会对接设备。任务的关键不只是接触目标，还包括人员穿过通道、连续驻留、重新分离和安全返回。
把地面验证带入飞行
中国空间技术研究院载人航天总体部的张柏楠等人在技术总结中介绍，交会对接研制需要同时验证机械连接、控制时序和环境适应性。团队利用真实对接机构，在水平真空舱中检查通道泄压、复压和检漏；又把真实船器与半物理仿真平台结合，检验对接、分离指令的先后关系。
此外，工程试验还检查了舱体表面对测量设备的多路径干扰、船器间电磁兼容和发动机羽流影响。这些验证服务于天宫一号与神舟系列的交会对接系统，随后由包括神舟九号在内的飞行逐项检验。
参考：[6]
发射、自动对接与进驻
北京时间6月16日18时37分，长征二号F火箭从酒泉卫星发射中心将神舟九号送入轨道。飞船经过四次变轨，在地面远距离导引与自主控制配合下追上天宫一号。6月18日14时14分，两者在约343千米高的近圆轨道完成自动交会对接。
对接成功并不等于乘组已经进入目标舱。18日17时07分，景海鹏首先进入天宫一号，刘旺、刘洋随后进入。任务由飞船独立运行转入组合体运行，乘组开始在目标飞行器内工作和生活。
组合体中的检查与观测
驻留阶段的工作包括航天医学实验、飞行器照料、失重防护锻炼和舱门检漏。6月21日21时22分开始的检漏试验中，航天员依次清洁舱门、关闭舱门、用头灯指示，再开门进入实验舱；第四期任务报告记录检漏结果正常。实时医学监测与心理支持通话显示，三人的生理指标及身心状态良好。
地面测控通信人员则更新轨道数据、向组合体注入飞行程序。中国科学院空间中心承担空间环境预报与安全评估，第四期报告给出的未来72小时预报为基本平静。报告同时记载天宫一号有效载荷处于加电待机状态，呈现的是这一时段的具体工况。
参考：[4]
刘旺接管最后的接近段
6月24日，乘组撤回返回舱并关闭相应舱门。11时12分，两航天器分离；神舟九号自动退到400米停泊点，再接近至140米。经过地面确认，12时38分，飞船转由航天员控制。坐在中间座椅的刘旺操作平移和姿态手柄，景海鹏、刘洋监视仪表与对接靶标。
此次操作在阳照区进行，神舟九号采用倒飞姿态，天宫一号采用正飞姿态。12时48分，对接环接触；经过捕获、缓冲校正、拉回、锁紧，12时55分形成刚性连接。这一先接触、后锁紧的过程，完成了中国首次航天员手控交会对接。乘组随后再次进入天宫一号。
撤离试验与返回地面
6月28日9时24分，刘旺手控分离并撤离到140米处，飞船再转为自主控制，退到5千米外安全距离。返航前还实施了重新自主接近至140米停泊点的交会飞行试验，使任务获得了自动对接、手动对接之外的撤离与再接近验证。
6月29日9时17分，神舟九号进入返回程序；10时03分，返回舱降落在内蒙古中部主着陆场预定区域，三名航天员健康出舱，结束这次载人飞行。天宫一号继续留轨，转向长期运行。神舟九号实际完成的一次自动对接、一次手动对接和撤离段接近试验，为后续载人运输提供了在轨操作与工程验证依据。