Вскоре после пролета Венеры автоматическими станциями "Вега-1" и "Вега-2" и окончания работы с аэростатным зондом были проведены коррекции траектории (25 и 29 июня 1985 года соответственно), с помощью которых аппараты были направлены к комете Галлея.

Обычно межпланетные станции, доставлявшие спускаемые аппараты в атмосферу Венеры, продолжали полет по гелиоцентрической орбите, выполняя факультативную научную программу. На сей раз требовалось обеспечить свидание с кометой Галлея в заданное время в условленном месте. Поэтому, начиная с момента обнаружения кометы наземными телескопами, проводились ее наблюдения обсерваториями и астрономами всего мира. Кроме того, регулярно проводились интерферометрические измерения не только для определения траектории самих аппаратов, но и для прокладки курса европейской межпланетной станции "Джотто", у которой свидание с кометой должно было состояться на 8 суток позже, в рамках проекта "Лоцман".

По мере приближения к цели уточнялись взаимное положение аппаратов и кометы. 10 февраля 1986 года была проведена коррекция траектории станции "Вега-1". Что касается второй станции, то отклонение от заданной траектории оказалось в пределах допустимого, и от последней коррекции решили отказаться.

После проведения коррекции была раскрыта и выведена из транспортного положения платформа АСП-Г (12 февраля на "Веге-1" и 15 февраля на "Веге-2") и прошли калибровки телевизионной системы и АСП-Г по Юпитеру. В оставшиеся до встречи с кометой дни проверялось функционирование АСП-Г и всей научной аппаратуры.

4 марта 1986 года, когда расстояние от станции "Вега-1" до кометы Галлея составило ~14 млн. км, состоялся первый "кометный" сеанс. После наведения платформы на ядро кометы была проведена ее съемка узгоугольной камерой.

При следущем включении 5 марта расстояние до ядра кометы составило уже ~7 млн. км. Однако кульминация экспедиция наступила 6 марта 1986 года. За 3 часа до максимального сближения с кометой были включены научные приборы для ее исследования. В этот момент расстояние до кометы составляло почти 760 тыс. км. Впервые космический аппарат находился на столь близком расстоянии от кометы. Однако это был не предел, поскольку "Вега-1" стремительно приближалась к цели своего путешествия. После наведения АСП-Г на ядро кометы началась съемка в режиме слежения по информации с телевизионной системы, а также изучение ядра кометы и газопылевой оболочки, окружающей ее, с помощью всего комплекса научной аппаратуры. Вся информация передавалась на Землю в режиме реального времени со скоростью 65 кбод. Поступающие изображения кометы тут же обрабатывались и выводились на экраны в Центре управления полетом и Институте космических исследований. По этим снимкам можно было оценить размер ядра кометы, его форму и отражающую способность и наблюдать сложные процессы внутри газовой и пылевой комы. Максимальное сближение станции "Вега-1" с кометой составило 8879 км.

Общая продолжительность пролетного сеанса составила 4 часа 50 минут. В ходе пролета космический аппарат подвергся очень сильному воздействию кометных частиц при скорости столкновения ~78 км/сек. В результате такой "пескоструйной" обработки мощность солнечной батареи упала почти на 45%, а в конце сеанса произошел еще и сбой трехосной ориентации аппарата.

К 7 марта трехосная ориентация была восстановлена, что позволило провести еще один цикл изучения кометы Галлея, но уже с другой стороны.

В принципе, планировалось провести два сеанса изучения кометы станцией "ВЕГА-1" на отлете, но последний из них проводить не стали, чтобы не мешать второму аппарату.

Работа со вторым аппаратом проходила по аналогичной схеме. Первый "кометный" сеанс был проведен 7 марта и прошел без замечаний. В этот день комету изучали сразу двумя аппаратами, но с разного расстояния. А вот во втором сеансе, проводившимся в Международный женский день 8 марта, из-за ошибки наведения изображений кометы получено не было.

Не обошлось без приключений и в ходе пролетного сеанса 9 марта. Начинался он так же, как и пролетный сеанс "Веги-1". Однако за полчаса до максимального сближения, которое составило 8045 км, произошел отказ в системе управления платформой. Ситуацию спасло то, что было задействовано автоматическое включение резервного контура управления - программу исследования кометы Галлея удалось выполнить полностью. Общая продолжительность пролетного сеанса "Веги-2" составила 5 часов 30 минут.

Хотя падение мощности солнечных батарей после встречи с кометой составила те же 45%, это не помешало провести еще два сеанса изучения кометы на отлете - 10 и 11 марта.

В результате исследования советскими автоматическими станциями "Вега-1" и "Вега-2" кометы Галлея были получены уникальные научные результаты, в том числе около 1500 снимков. Впервые космические аппараты прошли на столь близком расстоянии от кометы. Впервые удалось посмотреть с близкого расстояния на одно из самых загадочных тел в Солнечной системе. Впрочем, не только этим исчерпывался вклад станций "Вега-1" и "Вега-2" в международную программу изучения кометы Галлея. Во время полета станций, вплоть до их максимального сближения с кометой, в рамках проекта "Лоцман" проводились интерферометрические измерения. Это позволило провести западноевропейскую межпланетную станцию "Джотто" на расстоянии 605 км от ядра кометы. Правда, уже на расстоянии ~1200 км в результате соударения с осколком кометы на станции вышла из строя телекамера, а сама станция потеряла ориентацию. Тем не менее, западноевропейским ученым удалось получить уникальнейшую научную информацию.

Свой вклад в изучение кометы Галлея внесли и две японские межпланетные станции "Сусей" и "Сакигакэ". Первая из них 8 марта совершила пролет кометы Галеея на расстоянии 150 тыс. км, а вторая прошла 10 марта на расстоянии 7 млн. км.

Блестящие результаты изучения кометы Галлея автоматическими межпланетными станциями "Вега-1", "Вега-2", "Джотто", "Сусей" и "Сакигакэ" вызвало широкий международный общественный резонанс. В Падуе (Италия) прошла международная конференция, посвященная результатам проекта. Его участники были приняты Папой римским Иоаном Павлом II.

Руководители советского проекта "Венера - Галлей", в том числе Генеральный конструктор НПО имени С.А. Лавочкина Вячеслав Михайлович Ковтуненко и научный руководитель проекта, председатель Международного научно-технического комитета по проекту "Венера - Галлей", академик Роальд Зинурович Сагдеев, были приняты в Кремле Генеральным секретарем ЦК КПСС М.С. Горбачевым.

Хотя с пролетом кометы Галлея программа полета автоматических станций "Вега-1" и "Вега-2" была завершена, они продолжили полет по гелиоцентрической орбите, попутно исследуя метеорные потоки комет Дейнинг-Фудзикава, Бисла, Бланпейна и все той же кометы Галлея. Последний сеанс связи со станцией "Вега-1" был проведен 30 января 1987 года. В нем было зафиксировано полное израсходование азота в газобаллонах.

Станция "Вега-2" продержалась несколько дольше. Последний сеанс, в котором на борт проходили команды, был проведен 24 марта 1987 года.

Автоматические станции "Вега", вписавшие блестящую страницу в историю освоения космоса, стали последними советскими межпланетными аппаратами, созданными на базе станций "Марс-71".