W dniu 3 lutego 1966 aparat lądujący oddzielił się od reszty i opadł na powierzchnię osłaniany specjalnym, napełnionym gazem pojemnikiem, który całkowicie zamortyzował siłę uderzenia w grunt. Wkrótce po tym niepotrzebna już pokrywa została odrzucona i dzięki obciążeniu u dołu, pozycja lądownika została ustabilizowana. Również zaraz po osiągnięciu powierzchni, lądownik otworzył cztery klapy, a przyczepione do nich sznurki spowodowały otworzenie się anten, co umożliwiło natychmiastowy kontakt z Ziemią. W kilka minut później system fotograficzny oparty na serii luster rozpoczął obfotografowywać lądownik celem ułatwienia naukowcom w stwierdzeniu jakichkolwiek uszkodzeń aparatury.
Zaraz po przesłaniu na Ziemię serii zdjęć obrazujących lądownik, kamera pokładowa rozpoczęła wykonywać pierwsze w historii zdjęcia z powierzchni Księżyca. W trakcie swej dwudniowej misji przeprowadzono siedem sesji radiowych trwających razem 8 godzin i 15 minut, ponadto Łuna 9 przeprowadziła trzy sesje zdjęciowe, które po zestawieniu objęły cztery panoramy oddalonego o 1,4 km horyzontu oraz zdjęcia skał księżycowych znajdujących się w pobliżu miejsca lądowania. Dzięki tym ostatnim zdjęciom można było wizualnie poznać wielkość i ilość odłamków wyrzuconych z pobliskich kraterów.