接着，进入距离月面3公里，嫦娥三号在变推力发动机的反推作用下缓缓降落。在距离月面100米处，嫦娥三号相对月面的速度接近为零，稳稳悬停在月球上空。此时，飞控大厅里的空气彷佛已经凝固，科技人员正在紧张地分析数据参数，密切监测嫦娥三号的飞行状态。此刻，嫦娥三号正利用三维成像敏感器，对着陆区域仔细观测，寻找最佳着陆点。越来越靠近月球表面，降落相机拍摄的图像愈发清晰，嫦娥三号精准地避开月球上的陨石和坑，30米，20米，10米......嫦娥三号在发动机托举下，平稳缓速下降。发动机吹起的月尘，遮蔽了降落相机拍摄的月面影像。这是自1976年前苏联“月球24号”探测器登月以来，苍凉寂寥的月球时隔37年再度扬起尘烟。

此前，世界上仅有前苏联和美国的探测器，成功实施了13次月球表面软着陆。不同于国外的软着陆方案，嫦娥三号的软着陆过程设有悬停和避障阶段，探测器可对着陆区地形地貌进行精确勘察，识别出月面斜坡、石块、坑凹等危险地形，极大提高了着陆的安全性和可靠性。在短短的11分钟里，嫦娥三号在太空中划下了一条优美的抛物线，稳稳地落在了月球西经19.5度，北纬44.1度的虹湾以东区域。在此过程中，变推力发动机表现完美，为嫦娥三号落月立下了汗马功劳。21时11分，嫦娥三号发动机正常关机，几分钟后，嫦娥三号太阳翼顺利展开。这是中国航天器首次在地外天体实现软着陆，在飞控大厅的屏幕上出现了属于中国人的“月面工作时间”。