2005年10月12日上午9时，神舟六号飞船发射升空后，进入的是距地球表面近地点高度约为200千米、远地点高度约为350千米的椭圆轨道。实施变轨控制，就是要将飞船推入距地球表面约343千米的圆轨道。把椭圆轨道变成圆轨道，主要是为准确返回奠定基础。另外，进行轨道圆化的试验也是为下一步空间对接做准备。
10月12日15时30分，北京航天飞行控制中心向航天员费俊龙了解了飞船工况和身体状况，随后，由地面控制人员与航天员进行了通话：“神舟六号，请按照手册上的操作步骤进行操作，每一步操作到位；注意，航天服气密性检查前一定要系好座椅束缚带，带好手套，关闭面窗。完毕。”“神舟六号明白。”两名航天员按照提示完成预定动作，等待飞船变轨时刻的到来。
15时54分，北京航天飞行控制中心启动飞船变轨工作程序。随着“变轨开始！”一声令下，一组组数据从北京航天飞行控制中心中央机房发出，通过远程控制站传向太空。在指挥大厅的大屏幕上，飞船尾部喷出橘黄色的火焰，飞行加速，从原来的椭圆形轨道的切线上冲出。与此同时，屏幕上飞船闪烁的亮点迅速沿着地球的圆形表面，划出一个巨大的同心圆！63秒后，飞船又进入了平稳的飞行状态。航天员向地面报告：“仪表显示飞船变轨结束，完毕。”随后，正在南太平洋上的远望二号测量船向北京航天飞控中心传来数据，表明变轨取得圆满成功。
变轨成功后，17时29分，航天员费俊龙打开神舟六号返回舱与轨道舱之间的舱门，进入轨道舱开始进行空间科学实验。
