12月3日23時10分，在月面“挖土”自動采集并封存了月壤樣品后，嫦娥五號上升器3000N發動機工作約6分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入預定環月軌道。這是我國首次實現地外天體起飛。在起飛之前，嫦娥五號還在月球表面展示了國旗，這是五星紅旗第一次月表進行動態展示。
北京青年報記者從國家航天局了解到，與地面起飛不同，嫦娥五號上升器從月面起飛不具備成熟的發射塔架系統，著陸器相當于上升器的“臨時塔架”，上升器起飛存在起飛初始基準與起飛平臺姿態不確定、發動機羽流導流空間受限、地月環境差異等問題。另外，由于月球上沒有導航星座，上升器起飛后需在地面測控輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實現自主定位、定姿。
點火起飛前，嫦娥五號著陸器和上升器組合體實現了月面國旗展開以及上升器、著陸器的解鎖分離。點火起飛后，上升器經歷垂直上升、姿態調整和軌道射入三個階段，進入預定環月飛行軌道。隨后，上升器將與環月等待的軌返組合體交會對接，將月球樣品轉移到返回器，后者將等待合適的月地入射窗口，做好返回地球的準備。
經過科研團隊的數據接收和處理，國家航天局昨天公布了嫦娥五號在月面展示國旗的照片。這是繼嫦娥三號、四號任務后，五星紅旗又一次展現在月球表面，也是五星紅旗第一次在月表動態展示。兩張照片中，一張照片是嫦娥五號著陸器和上升器組合體攜帶的“全景相機”拍攝的五星紅旗在月面成功展開;另一張是“全景相機”的環拍成像，圖像上方可以清晰地看到已經完成表取采樣的機械臂及采樣器。
揭秘
五星紅旗選材用一年
首次在月面動態展示的這面五星紅旗，是用國產的特殊材料制作而成的，重量僅12克。照片上“嫦娥”手中的國旗在太陽光的照耀下呈現出一抹鮮艷的“中國紅”。在月面的特殊環境中，為了在動態展示過程中保證國旗的完整和鮮艷，科研人員僅為之選擇材料就用了一年多時間。
此次月面國旗展示系統的研制由中國航天科工集團航天三江九部承擔。與嫦娥三號、嫦娥四號以及玉兔月球車上的國旗采用噴涂的方式不同，嫦娥五號國旗是一面真正的旗幟。而且，由于宇宙中有很強的電磁輻射，月球表面還有正負150攝氏度的溫差，這樣嚴苛的環境決定了普通國旗無法在月球上使用。
為此，科研團隊設計了多種展示形式，既有記憶合金展示方案、伺服升旗方案、機構展示方案等通過卷軸形式展開國旗，也有通過折扇形式展開國旗等方案。但通過高低溫試驗后發現，只有卷軸形式展開的國旗比較平整，不會出現褶皺、粘連等情況。為了保證國旗展開時有足夠的強度，保持平整，研制團隊又做了很多理論研究和模擬試驗。他們發現，雖然有些纖維材料的強度很高，但染色性能較差;染色性能較好的纖維材料，強度又達不到要求，所以單一纖維和紡織工藝都無法滿足月面環境的要求。
此外，據國旗展示系統項目指揮馬威介紹，國旗展示系統是艙外單機系統，從運載火箭拋掉整流罩后，從地月轉移軌道進入月球軌道，再到探測器著陸在月球上，它都一直暴露在太空極端環境中。研制團隊通過試驗發現，如果把地球上使用的普通國旗放在月球上，會在很短時間內褪色、串色分解。研制團隊一邊大量查閱文獻資料，一邊與國內多家大學和科研機構合作，還咨詢了眾多國內知名紡織企業，尋找適合在月球上使用的纖維材料。團隊在選材上花費的時間就超過一年，最終挑選出了二三十種纖維材料，然后通過熱匹配性、耐高低溫、防靜電、防月球塵埃等物理試驗，最終決定采用某新型復合材料，保證了國旗能夠抵御月表的惡劣環境，做到不褪色，不串色、不變形。