自主控制段经历寻的、接近和平移靠拢三个阶段，神舟八号飞船自主导航控制到与天宫一号目标飞行器接触，自主控制飞行过程约需两个半小时。
对接段从对接机构接触开始，在15分钟内完成捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程，最终实现两航天器刚性连接，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，将择机进行第二次交会对接试验。其主要过程为：对接机构解锁，两飞行器分离，神舟八号飞船撤离至相距天宫一号目标飞行器140米处停泊，按程序进行第二次交会对接，再次构成组合体。
组合体继续飞行两天后，进入分离撤离段，两飞行器再次分离，飞船撤离至距目标飞行器5公里以外的安全距离，交会对接试验结束。此后，神舟八号飞船返回舱返回地面；天宫一号目标飞行器变轨至自主飞行轨道，转入长期运行管理。
按计划，神舟八号发射入轨后，将在两天内完成与天宫一号目标飞行器交会对接。目前，与天宫一号尚有1万公里左右的距离。