旅行者2号在1979年7月9日最接近木星，在距离木星云顶570,000公里（350,000英里）处掠过。这次拜访多发现了几个环绕木星的环，并拍摄了一些木卫一的照片，显示其火山活动。
木星是太阳系里最大的行星，主要由氢及氦组成，及小量的甲烷、氨、水蒸气和其他合成物。而中央则是一个由硅酸盐岩石和铁组成的核。木星上颜色多姿多彩的云层，显示了木星大气层里变幻莫测的天气。而木星亦拥因暂时为止最多的天然卫星共63个。木星的公转周期是11.8年，自转周期则是9小时55分钟。
虽然天文学家透过望远镜研究了这个行星好几个世纪，但旅行者2号的发现仍然为科学家们带来惊讶。例如木星大气层上著名的大红斑风暴被发现了是一个以逆时针方向转动的复杂风暴系统，同时亦发现了一些细小的风暴和旋涡。
而在木卫一上发现了活火山是另一样震惊科学家们的发现。这是因为科学们首次在太阳系的其他星体里发现了仍然活跃的火山活动。旅行者2号这次总共观测了木卫一上九座火山的爆发，亦证实了在两艘旅行者太空船的造访期发生的其他火山爆发。火山爆发造成的烟雾被喷射至离开木卫一表面300公里（190英里）以上的高空。而从火山爆发喷射出的物质速度更高达每秒一公里。木卫一上的火山爆发能量可能来自其与木星、木卫二和木卫三之间的潮汐力。由于这三颗卫星被锁定于拉普拉斯共鸣轨道上，即木卫一自转两次、木卫二就会自转一次；而当木卫二自转两次，木卫三又会自转一次。虽然木卫一总是以一面对著木星，但木卫二和木卫三让其产生轻微的摇摆。这种摇摆力量作用大得使木卫一弯曲达100米（330英尺），对比地球上却只有1米（3英尺）而已。木卫一上的火山活动亦影响了整个木星系统，它的影响力遍及木星的磁圈。硫酸、氧及纳显然地随木卫一上的火山喷出，并卫星的表面亦受到高能量的粒子影响而被喷溅。这些喷溅甚至到达了木卫一的磁圈边界，离开其表面数百万英里之远。
至于木卫二方面，从旅行者1号的低解象度照片中可以看到了其表面出现了踪横交错的纹理。最初，科学家们相信那些文理是源自地壳移动或地壳构造活动而成的裂纹。但其后从旅行者2号提供的高解象度照片却让科学家们感到懊恼，皆因那些特征却又欠缺了地形学上的轮廓。正如其中一位科学家形容说：“那些特征就像是一枝粗头墨水笔画上去一样”。造成如此的纹路，有可能是因为木卫二亦同样受到了潮汐力影响，使其内部出现了如木卫一百分之十或以下的摩擦力及热力。一般认为木卫二有一薄的冰造的地壳（少于30公里或18英里），下藏一个深约50公里（30英里）的海洋。
木卫三是太阳系里最大的天然卫星，其直径达5,276公里（3,280英里）。这趟旅程证实了木卫三上有两种明显的地形：多坑及多深构。科学家们认为木卫三的冰地壳正受到地壳构造活动等的张力影响。
木卫四地壳上残留的古老陨石坑则显示了很多被陨石撞击过的痕迹。最大的陨石坑显然地因地壳上的冰层移动而随时间被填去，因为在满布撞击痕迹的盆地上几乎没有任何显然而见的地形特征残留。这是撞击痕迹之所以被确认是因为剩下了较浅的颜色及留下了减退了的环形山。
木星被发现拥有一个暗淡而粉状的环。环的外边距离木星中心129,000公里（80,000英里），而内里的边界则距离木星中心30,000公里（18,000英里）。 同时，这趟旅程亦发现了木卫十五和木卫十六两颗细小的卫星，刚好在木星环的外围运行。而第三颗新发现卫星木卫十四则夹在木卫五和木卫一中间的轨道运行。
木星的环和其卫星都出现在其密集而满布电子和离子辐射带的磁场之中。这些粒子和磁场组成了木星的磁圈，向太阳方向伸延3至7百万公里，并伸延到至少到达土星的轨道，即7.5亿公里（4.6亿英里）之外。由于磁圈会跟随木星转动，磁圈会扫过木卫一并同时每秒钟剥去一公吨的物质。这些物质会形成一个在紫外光下才看见的环形离子云，这团离子云会向外移动，使木星的磁圈比正常的大出两倍。一些精力旺盛的硫酸和氧离子会堕进了这个磁场继而进入了木星的大气层之中，形成了极光。
当木卫一横过木星的磁场时，它就活像一个发电机，发展出400,000伏特的电压横跨其直径并同时制造出约3百万安培的电流，由磁场流到木星的电离层。
旅行者2号最终造访了木星好几天后离开，并对木星拍摄了很多照片。 旅行者2号在1981年8月25日最接近土星。当太空船处于土星后方时（相对地球而言），它以雷达对土星的大气层上部进行探测，并量度了气温及密度等资料。旅行者2号发现高层位置（气压相当于7百帕时）的气温为70 K（-203°C），而在低层位置（气压相当于120百帕）则量度出143K（-130°C）。北极会多冷10K，但仍会出现季节性变化。
掠过土星后，船上的拍摄平台有点卡住了，使前往天王星和海王星的任务产生变量。幸好，地面的工作人员最终把问题解决，那是因为过度使用而令润滑油暂时耗尽。最终太空船仍是接到继续前进的指令，前往天王星。 旅行者2号在1986年1月24日最接近天王星，并随即发现了10个之前未知的天然卫星。另外太空船亦探测了天王星由其自转轴倾斜97.77°缘故而独特的大气层，并观察了他的行星环系统。在这首次的略过之中，最接近天王星时只距离天王星的云层顶部81,500公里（50,600英里）而已。
天王星是太阳系里第三大的行星，它于距离太阳约28亿公里（17亿英里）的距离围绕太阳公转。其公转周期是84年，自转周期则是17小时14分钟。天王星的自转独特在于它实际上是倾倒在其轨道滚动，一般认为这个不寻常的位置是由于在太阳系的形成早期曾与一颗行星大小的星体碰撞过的原故。由于它的奇怪定位，使它的两极会分别接受长达42年的白昼或晚上，所以科学家们都不知道会在天王星上发现到些什么。
旅行者2号发现了其中一样因天王星的倾斜位置而对其倾斜了60度的磁场的影响，就是其磁尾因天王星的转动而被扭曲成为了一个螺旋形，出现在天王星的后方。不过其实在旅行者到访之前，人们对天王星拥有磁场并不知情。
天王星的辐射带被发现如土星的一样密集。辐射带里辐射的密集程度，会令光线把任何困在卫星或环里冰面上的甲烷迅速地（在100,000年以内）变暗。这样解释了为什么天王星的卫星及环大部份都以灰色为主。
在日光直射的一极检测到一些高层次的雾，发现这些雾帮助散播大量的紫外光，这个现象称之为“日辉”。其平均温度是60K（-350°F）。令人惊讶的是，即使是被照射的一极和黑暗的一极，在整颗行星上的云顶气温几乎一致。
在五颗最大的天然卫星中运行轨迹最靠近天王星的天卫五，展示出它是太阳系中最奇怪的星体之一。当旅行者2号飞过时，从拍摄回来的详细照片中看到其表面上有一些深达20公里（12英里）的峡谷、隆起的断层和新旧年龄混合的地表。有理论指天卫五可能是把早期一些猛烈撞击后破裂的物质重新组合而成。
太空船同时亦观测了九个已知的环，显示出天王星的环与木星和土星的环截然不同。整个星环系统相对地较新，并非与天王星形成时一起形成。星环里的组成粒子有可能是一颗因高速撞击或被潮汐力撕碎的卫星碎片而形成。 旅行者2号在1989年8月25日最接近海王星。由于这是旅行者2号最后一颗能够造访的行星，所以决定将它的航道调校至靠近一点海卫一，不再理会飞行轨迹，就像旅行者1号完成造访土星后不理飞行轨迹靠近一点土卫六进行研究一样。
太空船发现了海王星的大暗斑，后来在哈勃空间望远镜于1994年再次观测时却消失了。最初被认为是一片大的云，但后来却被认为是云层上一个空洞。
经过旅行者2号造访海王星后，冥王星是当时唯一一个仍然未被任何从地球飞来的太空船造访过的行星。但后来在国际天文学会重新定义行星后，冥王星被降级为一颗矮行星。因此，旅行者2号在1989年的略过，使太阳系中所有行星都至少被人造太空船探访过一次。
旅行者2号还飞向海卫一进行了考察，发现海卫一确是太阳系中唯一一颗沿行星自转方向逆行的大卫星，也是太阳系中最冷的天体。它比原来想像的更亮、更冷和更小，表面温度为-240℃，部分地区被水冰和雪覆盖，时常下雪。上面有3座冰火山，曾喷出过冰冻的甲烷或氮冰微粒，喷射高度有时达32千米。海卫一上可能存在液氮海洋和冰湖，到处都有断层、高山、峡谷和冰川，这表明海卫一上可能发生过类似的地震。海卫一上有一层由氮气组成的稀薄大气层，它的极冠被冻结的氮形成一个耀眼的白色世界。 由于旅行者2号的探访行星任务已经完结，旅行者1号被美国国家航空航天局形容为进行星际探索任务，用以查找在太阳圈外的太阳系究竟是怎样的。一般相信旅行者1号已经2004年12月飞越了终端震波区域，现时正身处在日鞘之中。与1号不同的是，一般认为2号现时仍然未飞越终端震波。每一艘旅行者太空船均携带著一片旅行者金唱片，以备当太空船被外太空智慧生物捕获时可与他们沟通。唱片中载有地球上的映像及各种生物、一些科学资料和一首串烧曲“地球之声”。曲中收录了诸如鲸鱼、婴儿哭声、海浪拍打声及不同种类的音乐。
在2006年9月5日，旅行者2号正处于距离太阳80.5个天文单位（大约相等于12太米）左右，深入于黄道离散天体之中，并正以每年3.3天文单位的速度前进。在这个距离是太阳与冥王星之间的距离两倍，并比塞德娜的近日点较远，但仍未超越厄里斯的轨道最远处。
旅行者2号将会继续传送讯号直至2020年代为止。 年份 因电力有限而停止操作的功能 1998 停止扫描平台及紫外线观测 2007 停止磁带录音机运作(由于在2002年6月30日，等离子波子系统(PWS)上的高波形接收器故障而不再需要) 2008 停止行星无线电天文实验(PRA) 大约2015 停止陀螺仪运作 大约2020 开始仪器间共享电力 大约2025或之后 无法启动任何单一仪器
