9月20日22时08分，在制导导航与控制(GNC)系统的控制下，天舟三号货运飞船与天和核心舱完成全自主快速交会对接。整个过程历时约6.5小时。

天舟三号货运飞船由中国航天科技集团五院抓总研制。作为货运飞船的第二次应用性飞行，与天舟二号一样，天舟三号和空间站对接亦采用“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。天舟三号较天舟二号在交会对接时间上确有差别，但只是初始条件不同而无能力高低之别。

相较于天舟二号，天舟三号进行了多项技术升级和配置优化，如将制导导航与控制系统的控制器硬件进行性能升级，计算能力大幅提升，控制器软件优化设计多项功能，进一步提高飞船在复杂工况下的全自主能力。天舟三号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。

天舟三号与核心舱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。该系统也将更加成熟稳定，更适应空间站长期高频次货物运输需求。