2013年12月15日23时许，“玉兔”探月车与嫦娥三号顺利实现对拍，着陆器及“玉兔”车上鲜艳的五星红旗，宣告中国成为第三个具备软着陆月球和月面巡视勘查能力的国家。
四器同时被发射到月球轨道后，分离为两组，轨道器和返回器留在轨道上，着陆器和上升器会像嫦娥三号一样登陆月球。轨道器上配备着两个机械手臂，一个手臂可以抓取月球表面的样品，一个手臂可以钻探最深两米的月球土壤，采集的样品装入容器里，转移进上升器。
随后，上升器将从月面起飞，进入月球轨道并与轨道器对接。月球土样从上升器转移到返回器，随后上升器被抛弃，轨道器和返回器绕过月球飞回地球，在距离地球5000公里高度时进行调整，返回器脱离轨道器，单独返回。
返回器还会采取特殊的策略，进入大气层后再次跳回宇宙进行调整，第二次才正式开始降到地面。叶培建解释，这样可以减少发热、减少载陆角、确保着陆器降落在中国陆地等，这种返回方式也将是我国的第一次试验。
经过这个复杂过程，我国科学家就能直接对珍贵的月球土样进行研究了。
探月成本
嫦娥一号花了14亿
提到民间对于探月工程成本的质疑，叶培建说：“嫦娥一号花了14亿，在广州，相当于两公里地铁。”提到这里，他还讲了一个故事：时任总理温家宝也是搞工程出身，听取汇报时，他询问嫦娥一号有没有备份。得到“没有”的回答后，温家宝决定再追加6亿投资，为嫦娥一号做一个备胎以确保万无一失，这个备胎就是嫦娥二号。
最后，由于嫦娥一号发射成功，这个备胎也就失去了原本的意义。最终，嫦娥二号执行了飞向小行星带等任务。
