4月22日12时23分，天舟一号与天宫二号完成交会对接后，天舟一号关闭交会对接设备，进行对接通道复压和检漏，以及设置组合体运行状态，并由天宫二号控制组合体转入天宫二号在后、天舟一号在前的飞行姿态，做好推进剂补加试验相关准备工作。
此次推进剂在轨补加持续约 5 天，先后进行了补加管路检漏、天宫二号贮箱气体回收、推进剂输送、推进剂吹除等关键步骤。在地面操作人员精确控制下，整个在轨补加过程由天舟一号与天宫二号共同配合完成，其中，天舟一号负责贮箱增压、补加管路检漏，并向天宫二号输送推进剂；天宫二号负责贮箱气体回收，并接收货运飞船输送推进剂。
按计划，天舟一号将在6月中下旬开展第二次推进剂在轨补加试验，进一步巩固取得的技术成果。
此次天舟一号飞行任务，是载人航天工程空间实验室飞行任务的收官之战，对于空间站工程后续任务顺利实施具有极为重要的意义，取得圆满成功标志着我国载人航天工程第二步胜利完成，也正式宣告中国航天迈进“空间站时代”。