Po 44 min 43 s od startu sonda LRO oddzieliła się od LCROSS.
23 czerwca 2009 o 09:47 UTC LRO uruchomił na 39 min i 28 s silniki manewrowe i wykonał manewr wejścia na wstępną orbitę okołoksiężycową o peryselenium wynoszącym 220 km, aposelenium 3100 km i nachyleniu 90°.
24 czerwca 2009 o 10:56 UTC wykonano, trwający 12 min, manewr obniżenia orbity do wysokości 200 × 1680 km.
25 czerwca 2009 o 10:32 UTC orbita została obniżona do 199 × 740 km.
26 czerwca 2009 12:25 UTC orbita została obniżona do 200 × 200 km.
27 czerwca 2009 sonda osiągnęła orbitę przebiegającą na wysokości od 31 do 209 km nad powierzchnią Księżyca, na której będzie się znajdować przez okres do 60 dni. W tym czasie zostaną wykonane testy i kalibracje wszystkich urządzeń i instrumentów.
30 czerwca 2009 zostały uruchomione kamery LROC, które wykonały pierwsze testowe zdjęcia powierzchni Księżyca.