2011年9月10日，“圣杯”姊妹月球探测器从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。它将帮助科学家更好地理解月球重力场及其内部结构。

“圣杯”姊妹月球探测器升空一小时之后成功分离，各自独立前往月球。为了尽可能减少燃料负载，两颗探测器将首先前往距地球约150万公里的第一拉格朗日点作为中转站，采取间接路线以较慢速度飞行，最终花费3个半月，分别飞行了420万公里和270万公里之后抵达预定轨道。

2012年1月，两台探测器在绕月轨道成功回合，3月起开始进行科学探测。在科学探测阶段，“圣杯”A、B两个探测器将在月球上空50公里处以200公里的间距运行，不过，受月球重力的影响，二者的距离会发生微小变化。这些距离的细微变化无法通过肉眼察觉到，但“圣杯”号探测器却能探测到，地面科学家可以据此绘制出高分辨率的月球重力场详细分布图，将其与月球山区、撞击坑以及盆地等地貌特征结合起来，可以推算出月球从外壳到内核之间的情况，帮助科学家重建月球的演化过程，确认其内部物质构成。

“圣杯”号探测器多次收集了覆盖整个月球表面的数据。5月底，探测器将主要任务的最后一批数据传回地球后关闭电源，直到8月底再次启动，进行扩展任务，进一步观测月球重力场。

通过分析探测器收集到的数据资料，科研人员在更精细的尺度上揭示了月球地质特征；而且发现月亮的厚度约为34~43千米，比之前的调查薄10~20千米。另外，还发现了多个数百千米长的狭长、直线型的重力异常区纵横交错地分布在月球地表，对其进行探测、研究将会对推进月球早期历史有帮助。

2012年12月，探测器任务完成，在地面指令控制下撞向了月球靠近北极附近的一座2500米高的山峰。此次撞击的目的是为了避免探测器在燃料耗尽后自行坠毁可能会破坏月面上的一些重要历史遗迹。