9月22日18时左右，天舟一号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。此前，天舟一号货运飞船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。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。

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。