Это был первый в мире космический корабль, совершивший 3 февраля мягкую посадку на поверхности Луны и передавший ее панорамное изображение на Землю.

Станция прилунилась на границе Океана Бурь, северо-восточнее кратера Кавальери. Через 4 минуты 10 секунд после посадки начался первый сеанс радиосвязи Луна — Земля. С лунной лабораторией станции было проведено семь сеансов связи продолжительностью более 8 часов. Радиосигналы принесли на Землю материалы большой научной ценности — панорамное изображение лунного микрорельефа. На некоторых участках панорамы можно было различить детали размером 1—2 миллиметра—в миллион раз более мелкие, чем на лучших фотографиях Луны, заснятых земными обсерваториями. Миссия «Луны 9» завершилась 6 февраля, когда вышли из строя ее блоки энергопитания.

«Луна 9» на четыре месяца опередила первый американский автоматический космический аппарат «Сервейер 1» (U.S. Surveyor 1), который был запущен 30 мая 1966 г. и совершил мягкую посадку в районе Океана бурь на Луне 2 июня.