Próby wprowadzenia go na orbitę okołoksiężycową za pomocą własnych silników nie powiodły się. W ósmej minucie lotu, gdy sonda znajdowała się na wysokości 1050 km, próbowano zwiększyć jej prędkość poprzez uruchomienie ośmiu silników korekcyjnych. Jednak zwiększyły one prędkość zaledwie o 24 m/s. Zamierzano zmienić sondę na sztucznego satelitę Ziemi poprzez uruchomienie silnika hamującego, jednak również i ta próba nie powiodła się dlatego, że nie udało się ją uruchomić sygnałami radiowymi z Ziemi. Po 43 godzinach lotu, 13 października o godz. 3:46 GMT statek wszedł do atmosfery i uległ zniszczeniu nad południowym Pacyfikiem. Przez cały czas nadawał wyraźne, silne sygnały, aż w końcu zamilkł raptownie. Jednak doleciał tak daleko, że można to było uznać za sukces. Pioneer 1 przekazał pewną ilość użytecznych danych naukowych dotyczących pasów radiacyjnych, przepływu jonów, oscylacji hydromagnetycznych pola magnetycznego (pierwsze w historii), gęstości mikrometeoroidów i międzyplanetarnego pola magnetycznego.