6月9日17时10分，在北京航天飞行控制中心的精确控制下，嫦娥二号卫星成功飞离月球，奔向更遥远的深空。这是嫦娥二号圆满完成各项工程目标和科学探测任务后，开展的拓展性试验任务。
据介绍，15时30分开始，北京航天飞行控制中心通过国内地面测控站，开始向嫦娥二号连续发出控制指令和数据，卫星陆续完成变轨控制的各项准备动作。16时50分,卫星主发动机准时点火，17时08分，卫星发动机正常关机。随后，北京中心通过对遥测和轨道数据的综合分析计算，表明卫星已飞离月球，飞向深空。
据北京航天飞行控制中心副总工程师周建亮介绍，按照轨道设计，整个飞往深空的过程分为“月球逃逸段”“转移飞行段”“环绕段”3个阶段。今天实施的“逃逸”控制是卫星成功飞离月球的关键动作。由于卫星已进入“超期服役”阶段，所剩燃料有限，控制必须保持极高的精准度，对控制提出了挑战。北京中心经过分析计算，采用两次加速的逃逸控制策略。6月8日下午，他们已对卫星进行了首次加速控制，使卫星从平均高度100公里的环月圆轨道，进入近月点高度104公里、远月点高度3583公里、周期为5.3小时的椭圆环月轨道，也称过渡轨道，而今天的控制就是在这条过渡轨道上实施的，最终使卫星成功飞离月球。
此次飞行试验，是嫦娥二号卫星在圆满完成预定工程目标后，为了进一步深化和拓展月球及深空探测成果，而新增的一次拓展性试验。此次试验的控制技术十分复杂，而且是国内首次，试验一旦成功，将创造我国航天飞行测控的新纪录，也将是我国深空探测飞控能力的又一次突破。此外，卫星应用系统也将获取更多有价值的深空科学探测数据，为我国后续深空探测提供宝贵资料和经验。