2020年7月27日,北京航天飞行控制中心飞控团队与中国空间技术研究院试验队密切配合,控制“天问一号”探测器在飞离地球约120万千米处回望地球,利用光学导航敏感器对地球、月球成像,获取了地月合影。在这幅黑白合影图像中,地球与月球一大一小,均呈新月状,在茫茫宇宙中相互守望。2020年8月2日7时整,天问一号探测器3000牛发动机开机工作20秒,顺利完成第一次轨道中途修正,继续飞向火星。截至第一次轨道修正前,天问一号探测器各系统状态良好。截至2020年8月19日23时20分,“天问一号”火星探测器距离地球约823万千米,环绕器上火星磁强计、矿物光谱分析仪、高分辨率相机、中分辨率相机等载荷依次完成自检,确认设备状态状态一切正常。截至2020年8月28日10时08分,“天问一号”探测器累计飞行里程达到1亿千米,探测器姿态稳定、能源平衡,多个载荷完成自检,确认设备状态正常,相关工作正按计划稳步推进。截至2020年9月18日8时30分,“天问一号”探测器飞行里程已达1.55亿千米,距离地球1800万千米。2020年9月20日23时,在中国首次火星探测任务飞行控制团队操作下,天问一号探测器4台120N发动机同时点火工作20秒,顺利完成第二次轨道中途修正,并在轨验证了120N发动机实际性能。截至2020年9月20日23时,天问一号已在轨飞行60天,距离地球约1900万千米,飞行里程约1.6亿千米,探测器各系统状态良好,地面测控通信各中心和台站跟踪正常。2020年10月1日,国家航天局发布中国首次火星探测任务“天问一号”探测器飞行图像。截至2020年10月1日0时,探测器已飞行约1.88亿千米,距地球约2410万千米,飞行状态良好。2020年10月9日23时,在中国首次火星探测任务飞行控制团队控制下,天问一号探测器主发动机点火工作480余秒,顺利完成深空机动。天问一号探测器的飞行轨道变为能够准确被火星捕获的、与火星精确相交的轨道。截至该次深空机动前“天问一号”已飞行超过78天,距离地球超过2900万千米,探测器各系统状态良好。