Mise Artemis II završila historický sedmihodinový průlet kolem Měsíce, který znamenal první návrat lidstva na Měsíc od mise Apollo 17 v roce 1972 a během něhož byly pořízeny snímky odvrácené strany Měsíce.
Po skončení fáze pozorování Měsíce poblahopřál posádce mise Artemis II prezident Donald J. Trump v rámci živého rozhovoru, který byl vysílán jako součást nepřetržitého živého přenosu NASA z této mise. Posádka také hovořila s ředitelem NASA Jaredem Isaacmanem a odpovídala na dotazy z sociálních sítí.
Významný okamžik přišel ve chvíli, kdy astronauti překonali dosavadní rekord v nejvzdálenější vzdálenosti, kterou kdy člověk od Země urazil, a překonali tak vzdálenost 400 171 kilometrů, kterou dosáhla mise Apollo 13.
Během plánovaného 40minutového výpadku signálu, kdy loď Orion proletěla za Měsícem, se sonda i s posádkou na nejmenší vzdálenost od Měsíce, přičemž letěla ve výšce přibližně 6 545 kilometrů nad povrchem. O dvě minuty později dosáhla posádka maximální vzdálenosti od Země, která činila 406 771 kilometrů, a stanovila tak nový rekord v oblasti pilotovaných kosmických letů.
Při přeletu nad odvrácenou stranou Měsíce posádka fotografovala a popisovala terénní prvky, včetně impaktních kráterů, starodávných lávových proudů a povrchových trhlin a hřebenů, které vznikly v průběhu pomalého vývoje Měsíce. Zaznamenala také rozdíly v barvě, jasu a struktuře, které poskytují vodítka pomáhající vědcům porozumět složení a historii měsíčního povrchu. Posádka byla svědkem „západu Země“ – okamžiku, kdy Země zmizela za měsíčním obzorem – když se Orion pohyboval za Měsícem, a „východu Země“, když se kosmická loď vynořila z opačného okraje Měsíce.
Po skončení fáze pozorování Měsíce byla posádka svědkem téměř hodinového zatmění Slunce, k němuž došlo, když se kosmická loď, Měsíc a Slunce ocitly v jedné linii. Při pohledu na téměř zcela zatemněný Měsíc posádka analyzovala sluneční korónu, nejvzdálenější vrstvu sluneční atmosféry, která se objevila kolem okraje Měsíce.
