Kraliçe çiftleşmek için kovandan bir grup arıyla birlikte yola çıkar. Bir süre sonra beraberindeki arılardan ayrılır ve erkek arıların toplandığı alanlara doğru tek başına uçar. Bu alana belli bir oranda yaklaştığında erkek arıların kendisini bulmalarını sağlayan bir tür feromon salgılamaya başlar.
Erkek arıların kraliçeyi fark etmeleri ile gerçekleşen ve "çiftleşme uçuşu" adı verilen bu uçuş, kraliçe arı pupasından çıktıktan 10 gün sonra gerçekleşir. Kraliçe arıların üreme organları, yumurtaları üreten iki yumurtalık ve çiftleşme uçuşu sırasında erkeğin spermatozoasının yerleştiği "spermatheca" adı verilen vücudunun arka tarafındaki bir kesecikten oluşur. Bu kesecik koloninin yeni elemanları olan arıların hayatında oynayacağı rol nedeniyle son derece önemli bir göreve sahiptir. Erkek ve dişi arıların çiftleşmesi havada iken gerçekleşir. Döllenmeden sonra kraliçe arı kovana geri dönerken erkek arılar genellikle hayatlarını kaybederler.
Çiftleşme döneminde kraliçenin 3-12 arasında uçuş yaptığı ve her defasında başka bir erkek arıyla çiftleştiği tespit edilmiştir. Tek bir erkek arının spermleri bu keseyi doldurmaya yetmediği için kraliçe birden fazla erkek arıdan sperm alır. Döllenmeden sonra erkek arılardan gelen bütün spermler sperm kesesinde biriktirilir. Kraliçe, 4-5 senelik ömrü boyunca çiftleşme uçuşu sırasında edindiği bu spermleri kullanacaktır. Döllenmiş bir kraliçe arının keseciğinde (spermatheca'da) ortalama olarak 6 milyon sperm bulunur.Diğer pek çok canlıdaki üreme hücrelerinin aksine erkek arıların spermleri kraliçenin vücudunda bozulmadan senelerce muhafaza edilebilecek bir yapıya sahiptir. Bu da arının vücudundaki kusursuz tasarımın başka bir yönüdür.
Spermler kraliçe arının vücudunda biriktirilir. Ancak spermler yumurtlama sırasında kendileri gidip de dölleme yapamazlar. Yumurtaların döllenmesini her aşamasında kontrol eden kraliçedir. Kraliçe arı bu keseden kendi isteğine göre sperm bırakarak döllenmeyi düzenler. (Son derece mucizevi olan bu işlem kitabın ilerleyen bölümlerin dedetaylı olarak incelenecektir.)
Bir kraliçe yumurtlama dönemi boyunca, günde 1500-2000 yumurta yumurtlar. Bu sayı gerekli olan hallerde 3000'e kadar çıkabilmektedir. Kraliçenin yumurtlama süratinin ortalaması alınacak olunursa her dakikaya bir yumurta isabet ettiği görülecektir.
Bir yılda, tek bir kraliçe arının 1.5 milyondan fazla yumurta bıraktığı tespit edilmiştir. Kraliçenin ömrü dikkate alındığında bu, tek bir kraliçe arının milyonlarca yumurta bırakması demektir. Bundan başka kraliçe arının bir gün boyunca bıraktığı yumurtaların toplam ağırlığı kraliçenin kendi vücut ağırlığına eşittir.
Kraliçe arı yumurtlayacağı zaman, ilk olarak başını petek hücresinin içine sokar ve hücreyi kontrol eder. Hücrenin boş olduğuna ve yumurtayı bırakması için uygun özelliklere sahip olduğuna kanaat getirdikten sonra vücudunun arka kısmını hücrenin içine doğru sarkıtır. Daha sonra uzun yumurtasını hücrenin dibine dikkatli bir şekilde bırakır. Yumurtlama işlemi biter bitmez de hemen başka hücrelere doğru yönelir. Bu işlemleri kraliçe arı günde en az 1500 defa tekrarlar. Yaptığı işlemin yoruculuğuna rağmen aynı titizliği ve dikkati istisnasız her yumurta bırakışında gösterir
