９月２２日１８时左右，天舟一号货运飞船在完成空间实验室阶段任务及后续拓展试验后受控离轨再入大气层。

在测控通信系统的精确控制和密切监视下，天舟一号经两次制动，轨道高度不断下降，最后进入大气层烧毁。在此之前，天舟一号按计划完成了多项拓展应用和相关试验，地面科技人员对其飞行状况进行科学评估后，决策实施离轨。

天舟一号是我国自主研制的首艘货运飞船，４月２０日发射入轨后与天宫二号空间实验室自动交会对接形成组合体，在经过２个月的组合体飞行后，６月１９日完成绕飞和交会对接，于６月２１日撤离天宫二号转入独立飞行阶段。

任务期间，天舟一号先后验证了空间站货物补给、推进剂在轨补加、自主快速交会对接等一系列重要关键技术，为我国空间站研制建设和运营管理积累了重要经验。