据中国载人航天办公室发布的方案，首次交会对接为无人自动交会对接试验，对接目标飞行器为天宫一号，追踪飞行器为神舟八号飞船。交会对接飞行过程分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段和分离撤离段。
远距离导引段自神舟八号飞船入轨后开始，在地面测控通信系统的导引下，神舟八号飞船经五次变轨，从初始轨道转移到330千米的近圆轨道，在距天宫一号目标飞行器后下方约52千米处，与天宫一号目标飞行器建立稳定的空空通信链路，开始自主导航。
自主控制段经历寻的、接近和平移靠拢三个阶段，神舟八号飞船通过交会对接测量设备，自主导航至与天宫一号目标飞行器接触，自主控制飞行过程约144分钟。
对接段从对接机构接触开始，在15分钟之内完成捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程，最终实现两飞行器刚性连接，形成组合体。
组合体飞行段由天宫一号目标飞行器负责组合体飞行控制，神舟八号飞船处于停靠状态。组合体飞行12天左右，择机进行第二次交会对接试验。对接机构解锁后，两飞行器分离，神舟八号飞船撤离至距天宫一号目标飞行器140米处停泊，按照对接程序进行第二次交会对接，再次构成组合体。