Misja Galileo została przedłużona po raz kolejny. Sonda jeszcze pięć razy zbliży się do księżyców największej planety Układu Słonecznego, a następnie zostanie zrzucona na Jowisza.

25 maja 2001 roku Galileo zbliży się na 123 kilometry do Callisto. Grawitacja tego drugiego co do wielkości księżyca Jowisza zmodyfikuje orbitę sondy w taki sposób aby umożliwić jej spotkanie z Io – księżycem na którym obserwuje się działalność wulkaniczną. Galileo przeleci w pobliżu Io dwukrotnie – w sierpniu i październiku, raz nad jednym, raz nad drugim biegunem.

W styczniu 2002 roku Galileo zbliży się do Io po raz kolejny. Tym razem przeleci w pobliżu równika tego księżyca. Do ostatniego zbliżenia dojdzie w listopadzie 2002 roku. Tym razem celem będzie Amalthea – maleńki księżyc należący do grupy księżyców wewnętrznych (krążących bliżej Jowisza niż wielkie księżyce galileuszowe). Zbliżenie to pozwoli między innymi poznać dokładniej masę Amalthei.

Później sonda Galileo wykona jeszcze jeden, długi obieg wokół Jowisza i w sierpniu 2003 roku wpadnie do atmosfery planety, ulegając zniszczeniu. Misja Galileo zakończy się po prawie ośmiu latach krążenia wokół Jowisza.

Dzięki misji nasza wiedza o Jowiszu i jego księżycach rozszerzyła się o nowe fakty. Dowiedzieliśmy się, że pod lodową powierzchnią Europy znajduje się ocean słonej wody. Prawdopodbnie również Callisto i Ganimedes mają wastwy wody w stanie ciekłym. Dokonano pierwszych pomiarów parametrów atmosfery z jej wnętrza za pomocą próbnika zrzuconego w 1995 roku. Na drodze do Jowisza sonda dokonała też pierwszego zbliżenia do planetoidy i odkryła, że te ciała mogą posiadać swoje własne księżyce. Odkryła też pole magnetyczne wokół Ganimedesa.