9月20日22时08分，在成功发射约6.5小时后，由航天科技集团五院（以下简称五院）抓总研制的天舟三号货运飞船在GNC（制导导航与控制）系统的控制下，与空间站组合体完成了自主快速交会对接。
相较于天舟二号，天舟三号升级了多项技术，如将制导导航与控制系统的控制器硬件进行了性能升级，计算能力大幅提升，控制器软件优化设计了多项功能，进一步提高了飞船在复杂工况下的全自主能力。天舟三号配置进一步优化，增删和升级了部分设备，在提高系统可靠性的同时降低成本。作为货运飞船的第二次应用性飞行，与天舟二号一样，天舟三号和空间站的对接也采用“全相位全自主快速交会对接方案”，即飞船无论是远距离导引还是近距离交会，都是全自主智能完成，全程无人工干预。
天舟三号与空间站组合体的成功对接全面验证了各项技术升级的正确性，是全相位全自主快速交会对接技术的又一次成功实践。随着空间站从建造阶段到长期运营阶段的过渡，在已经实现的设计、测试、发射等流程标准化基础上，货运飞船系列型谱将趋于标准化。后续天舟货运飞船GNC系统将采用相同的标准化系统配置，以适应后续货运飞船批量化研制。天舟货运飞船GNC系统也将更加成熟稳定，以适应空间站长期高频次货物运输需求，助力中国空间站建设。
