10 września sonda wykonała manewr TGM-2 umożliwiający wejście na orbitę wokół jądra. Manewr ten rozpoczął się o godzinie 09:00 UTC, a zmiana szybkości wyniosła 19 cm/s. W tym czasie sonda znajdowała się w płaszczyźnie terminatora, przebiegającej przez środek jądra i prostopadłej do kierunku do Słońca. Szybkość sondy względem jądra po manewrze była na tyle mała, ze została ona wychwycona przez jego pole grawitacyjne. W ten sposób Rosetta stałą się pierwszym w historii orbiterem komety. Dalszy etap misji nosił nazwę fazy globalnego mapowania (Global Mapping Phase - GMP). Początkowa orbita przebiegała na wysokości 29 km. Nachylenie płaszczyzny orbity w stosunku do kierunku do Słońca wyniosło 60 stopni. Tym samym sonda przelatywała nad obszarami oświetlonymi o poranku. Okres obiegu wynosił 14 dni, jednak sonda nie pokonała pełnej orbity o tych parametrach. Po 7 dniach od wejścia na orbitę, 17 września, gdy sonda znajdowała się ponownie w płaszczyźnie terminatora wykonany został manewr silnikowy zmieniający orientację przestrzenną orbity. Po nim charakteryzowała się ona podobnym okresem obiegu i odległością, ale nachylenie jej płaszczyzny w stosunku do kierunku do Słońca zostało zmodyfikowane tak, że sonda przelatywała nad obszarami oświetlonymi w okresie wieczornym. Na tej orbicie rozpoczęła systematyczne mapowanie powierzchni oraz inne pomiary. Ich głównym celem było jak najdokładniejsze scharakteryzowanie potencjalnych miejsc lądowania Philae. Pod koniec drugiego łuku w odległości 29 km, 24 września wykonany zostanie niewielki manewr modyfikujący orbitę przed jej dalszym obniżeniem. Dzięki niemu orbita zostanie przekształcona z kołowej na eliptyczną z perycentum na wysokości 20 km w płaszczyźnie terminatora i apocentrum na wysokości 29 km. Następnie sonda po raz pierwszy wleci nad nocną stronę jądra, co pozwoli na wykonanie obserwacji właściwości cieplnych powierzchni w czasie nocy. Po wyjściu znad nocnej strony jądra, w płaszczyźnie terminatora na wysokości 20 km wykonany zostanie mały manewr pozywający na uniknięcie bezpośredniej ekspozycji ścian sondy i przednich końców paneli słonecznych na gazy emitowane przez jądro.
Na dalszym etapie misji wykonane zostanie dalsze obniżenie orbity, jeśli warunki będą do tego sprzyjające. Jeśli zespół misji stwierdzi, ze nie jest to możliwe orbiter pozostanie na orbicie na wysokości 29 km. 29 września sonda wykona manewr pozwalający na obniżenie orbity do 18.6 km.
8 października wykonany zostanie manewr ponownie przekształcający orbitę na eliptyczną, z apocentrum na wysokości 18.6 km i perycentrum 9.8 km. 10 października pojazd wykona manewr ukoławiający orbitę na wysokości 9.8 km. Na dalszym etapie misji orbiter będzie prowadził systematyczne badania na takiej niskiej orbicie. Faza ta zakończy się 26 października, gdy rozpoczną się manewry modyfikacji orbity przed uwolnieniem lądownika.