在完成了月球背面采样封装之后，4日7时38分，嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面起飞，3000N发动机工作约6分钟后，成功将上升器送入预定环月轨道。这是人类首次在月球背面“挖土”，为实现这个历史性时刻，中国科研工作者做了哪些努力呢？
据《环球时报》记者了解，6月2日至3日，嫦娥六号顺利完成在月球背面南极-艾特肯盆地的智能快速采样，并按预定形式将珍贵的月球背面样品封装存放在上升器携带的贮存装置中。采样和封装过程中，科研人员在地面实验室，根据鹊桥二号中继星传回的探测器数据，对采样区的地理模型进行仿真并模拟采样，为采样决策和各环节操作提供重要支持。
智能采样是嫦娥六号任务的核心关键环节之一，探测器经受住了月背高温考验，通过钻具钻取和机械臂表取两种方式，分别采集了月球样品，实现了多点、多样化自动采样。
所谓钻取采样就是用一根钻杆钻入月球表层预定深度，把较深层土壤采集出来，采样难度和不确定性较大。嫦娥六号首先对钻取区域的月壤进行微波探测并生成钻取区月表浅层结构图，为接下来的钻取采样工作提供重要支持。率先启动的是钻取子系统，从嫦娥六号伸出的钻杆插入月表，钻头旋转着破开月壤。为了防止在钻取过程中月壤的飞溅和散失，钻取系统利用配备的高效排粉机构，对样品进行严格“筛选”，将钻出来的“杂质”剔除干净。随后，“合格”的月壤样品自动进入取芯软袋，再经过拉绳上提、样品封装，软袋被顺利放入封装装置内。据介绍，被取出的月壤样品记载着月球表面复杂的地质活动和物理过程，就像考古领域不同时代的夯土层那样，每一层都记录了一个时代的故事。月壤样品也完整地保存了月壤的层理信息，这对科学家研究月球背面的演化过程具有重要意义。
接下来进行的是表取采样工作，也就是用机械臂携带采样装置采集月球表面的土壤。随着表取机械臂缓缓展开、探向月面，机械臂末端的采样器缓缓下压。在精准的计算和指令控制下，采样装置逐渐贴近月表轻盈地“挖土”。
嫦娥六号完成月背采样之后，月表呈现一个“中”字。新开通的嫦娥六号月球探测器官方账号还发了一条微博：我看“中”！
在开展月球背面采样工作的同时，嫦娥六号着陆器配置的降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷正常开机，按计划开展了科学探测，在月表形貌及矿物组分探测与研究、月球浅层结构探测等科学探测任务中发挥重要作用。探测器钻取采样前，月壤结构探测仪对采样区地下月壤结构进行了分析判断，为采样提供了数据参考。嫦娥六号着陆器携带的欧空局月表负离子分析仪、法国月球氡气探测仪等国际载荷工作正常，开展了相应科学探测任务。
表取完成后，嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面成功展开。这是中国首次在月球背面独立动态展示国旗。这面国旗由新型复合材料和特殊工艺制作而成。由于落月位置不同，嫦娥六号国旗展示系统在嫦娥五号任务基础上进行了适应性改进。航天科工集团介绍说，光线对于国旗成像效果至关重要，由于嫦娥六号是在月球背面着陆，月面光线与旗面角度都发生了变化。为此，研制团队提出了多种改进方案，联合总体单位开展了多轮方案评估和地面模拟月面成像试验，以保证国旗的最佳成像效果。同时，研制团队开展了国旗展示系统寿命评估和验证工作，确保能够在月球背面可靠运行。这面五星红旗是采用玄武岩为主的复合材料制造，强度更强，重量更轻，即便在月表辐射条件下也不会变色。
参与这面国旗研制工作的武汉纺织大学曹根阳教授表示，之所以选择玄武岩“绣”五星红旗，是月面原位建造的实验需要。因为月面玄武岩较多，未来建造月球基地需要就地取材，月球玄武岩做成片状或者管状建材，用于月面建造，这样比在地球上取材大大节省成本。“嫦娥六号五星红旗是玄武岩红旗，是月面原位制造的一种探索。”
完成在月球背面的预定工作之后，嫦娥六号上升器与着陆器进行分离，随后着陆器留在月面，上升器带着月壤样品从月背起飞。
与地面起飞相比，嫦娥六号上升器没有固定的发射塔架系统，而是将着陆器作为“临时塔架”。与嫦娥五号月面起飞相比，嫦娥六号从月球背面起飞，无法直接得到地面测控支持，而需要在鹊桥二号中继星辅助下，借助自身携带的特殊敏感器实现自主定位、定姿，工程实施难度更大。嫦娥六号上升器点火起飞后，先后经历垂直上升、姿态调整和轨道射入三个阶段，顺利进入了预定环月飞行轨道。
北京航天飞行控制中心的专家荣志飞介绍说，首先上升器的起飞入轨精度要求高，这样才能为后续和“轨返组合体”的交会对接创造良好的条件。其次，月面起飞参数是地面精准计算的，地面测控人员要根据着陆的位置和姿态、环月的轨道，为上升器计算出最佳的飞行方向和参数，保障上升器以这种方式起飞。这样才能以最省燃料的方式进入交会对接初始轨道，与一直在月球轨道运行的“轨返组合体”交会对接。
后续，上升器将与在环月轨道上等待的轨道器和返回器组合体进行月球轨道的交会对接，由于上升器和“轨返组合体”的重量差距比较大，为了避免交会对接时两器碰撞，两个飞行器的交会对接采用了一种“握手”加“抱紧”的方式，这一过程大约会在21秒完成。
此后，借助转移机构，样品容器将通过一个200到300毫米的狭小通道，将月球样品转移到返回器中；轨道器和返回器组合体将环月飞行，等待合适的返回时机进行月地转移，在地球附近返回器将携带月球样品再入大气层，计划降落在内蒙古四子王旗着陆场。