手2号开始以30°的角度接近金星。 其距离金星最近的时刻为世界标准时1962年12月14日19点59分28秒，此时的高度为34773公里。之后水手2号开始进入日心轨道。世界标准时1963年1月3日7点是最后一次接收到它发回信号的时间。根据其发回的数据，科学家们估计金星上覆盖着厚达60公里的二氧化碳大气层，金星表面温度大概在425摄氏度。