Началом непосредственной подготовки второго «Вояджера» к пролету у Сатурна можно считать выполненную вечером 26 февраля 1981 г. предварительную коррекцию траектории TCM-B7. Двигатели станции отработали 215 секунд, изменив ее скорость на 0,574 м/с.
5–6 мая «Вояджер-2» и группа управления провели частичную репетицию пролетной программы.
28–29 мая был сделан обзор небесной сферы фиксированными инструментами – в ходе которого «Вояджер-2» ушел со связи на 18 ч 53 мин, чтобы сделать 10 полных оборотов по рысканью и 25 вокруг продольной оси. Завершив научный маневр, аппарат вновь построил ориентацию по Канопусу.
Фаза обсервации началась 5 июня с активации рабочей программы B501 в управляющем компьютере CCS. Номер ее расшифровывался следующим образом: B – «Вояджер-2», 5 – пятый этап полета, 01 – номер программы текущего этапа. Единичкой обозначались рабочие программы этапа отлета от Земли, двойкой – перелет по трассе Земля – Юпитер, тройкой – сближение с Юпитером, четверкой – перелет к Сатурну.
Первым делом «Вояджер-2» отснял 43-часовый «мультфильм» вращения планеты, который записывали на всех станциях по двухантенной схеме. Из-за сильных гроз в Испании часть снимков была потеряна, но их удалось считать повторно с бортового «магнитофона». После этого по пять раз за один оборот планеты снимали Сатурн, с помощью УФ-спектрометра изучали тор нейтрального водорода на орбите Титана, велась регистрация радиоизлучений Сатурна и параметров плазмы.
Во второй половине июня был зарегистрирован отказ электронной схемы в компьютере подсистемы летных данных FDS. К счастью, из-за него была потеряна лишь небольшая часть ячеек памяти, однако пролетную программу пришлось срочно переписывать.
19 июля в 11:15 состоялась коррекция TCM-B8 с приращением скорости 1,19 м/с для выхода в расчетную точку на минимальном расстоянии 161 100 км от Сатурна. Допустимое отклонение не должно было превышать 100 км – лишь в этом случае на «Вояджере-2» остался бы достаточный запас топлива для дальнейшего полета к Урану и Нептуну.
Баллистические результаты коррекции оценивались по навигационным съемкам спутников Сатурна, на которых определялось их положение относительно звезд. Радиотехнические измерения на расстоянии в 10 а.е. от Земли уже не обеспечивали достаточную точность и играли вспомогательную роль. Приходилось полагаться на снимки самого «Вояджера» и на модель движения Сатурна и его спутников, уточненную по результатам пролета первого аппарата и уточняемую на ходу (!) по мере сближения второго с планетой.