根據中國大陸中央電視台直播，中午12時16分，天舟一號與天宮二號對接機構成功捕獲，象徵對接工作開始；12時23分，對接機構鎖緊完成，北京航天飛行控制中心內響起掌聲。
中午12時29分，交會對接工作全部完成。天舟一號與天宮二號構成組合體後，由天宮二號掌握軌道控制等主導權，天舟一號處於停靠狀態。
天舟一號長10.6公尺，最大直徑3.35公尺，最大裝載重量達13.5噸，是中國大陸現有體積最大及最重的太空船。
天舟一號20日晚間7時41分從海南文昌航天發射場升空。這次任務主要是補給已在軌飛行200多天的天宮二號，並為太空人進駐太空站做準備。
依計畫，天舟一號升空後進入距地面380公里的軌道，繞軌運行2天後，與天宮二號進行自動交會對接，隨後一起在軌飛行2個月，在軌道上先後進行3次交會對接，並計劃進行3次補充推進劑試驗。