O retorno da cápsula foi triunfal e pode ser registrada por centenas de pessoas que acompanhavam o evento nas proximidades da Área Proibida de Woomera, um campo de testes militares localizado 485 km ao nordeste de Adelaide, no Outback australiano. Ao rasgar a atmosfera a sonda produziu uma gigantesca bola de fogo acompanhada de uma grande trilha de fragmentos incandescentes que brilharam por mais de dez. Em seguida, a cápsula principal se separou do corpo da Hayabusa a 65 quilômetros de altitude e desceu lentamente até o solo, amortecida por sistema de pára-quedas. Na sequência, helicópteros de resgate recolheram o artefato.
A sonda foi lançada em 9 de maio de 2003 através de um foguete do tipo M-5, a partir da base de lançamentos do Kagoshima Space Center, no Japão. Vinte e oito meses depois, em setembro de 2005, a sonda chegou nas proximidades do asteroide e em 20 de novembro pousou na superfície de Itokawa, distante 300 milhões de quilômetros ad Terra.
Hayabusa, que significa "Falcão", permaneceu por pelo menos 30 minutos no corpo do asteroide, mas uma falha no sistema de navegação impediu que o equipamento coletasse algum material. Uma semana após uma nova tentativa de pouso foi realizada e em 28 de novembro de 2005, finalmente a sonda conseguiu fazer duas coletas, dois segundos após o pouso.
Durante a missão, o "Falcão" sofreu diversos problemas de comunicação e as dificuldades de contato, somadas a problemas de navegação impediram o acionamento do motor iônico e a volta prevista para 2007 foi adiada para junho de 2010.
Uma equipe de cientistas japoneses deverá chegar à Austrália essa semana para receber a cápsula. Ainda não se sabe se as amostrar coletadas sofreram algum tipo de comprometimento devido à reentrada espacial. A análise desse material deverá permitir novos estudos sobre a formação do Sistema Solar, já que as amostras são um verdadeiro tesouro sobre o início da formação.