9月16日20點17分，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室順利完成第三次、也是離軌前最后一次推進劑在軌補加試驗，進一步鞏固了相關技術成果。

本次補加試驗中，天舟一號貨運飛船根據推進劑使用量動態評估結果和天宮二號空間實驗室后續任務需求，采取只為一組貯箱補加的策略，補加推進劑共約250公斤，主要完成了浮動斷接器插合、管路檢漏、燃料貯箱補加、氧化劑貯箱補加、浮動斷接器分離和狀態恢復等工作，整個流程歷時約3天。

9月17日16點15分，在經過近5個月的飛行后，天舟一號貨運飛船按計劃與天宮二號空間實驗室完成分離，繼續開展離軌前的拓展應用和相關試驗。9月17日15點29分，地面發送指令，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室實施分離。按程序，天舟一號分離至后向120米并保持位置，地面確認狀態正常后，發令控制天舟一號正常撤離，天舟一號建立三軸穩定對地飛行姿態，在高度約400公里的近圓軌道上開始獨立運行。按計劃，天舟一號貨運飛船還將緊隨開展多項拓展試驗，提高綜合應用效益，同時也為空間站研制建造和運營管理積累經驗。

天舟一號貨運飛船自今年4月20日發射升空后，已穩定運行近5個月，期間按程序開展了一系列空間科學實驗和應用技術試驗，任務各項工作進展順利。