Under oppskytinga førte en feiljustert ventil i det øvre rakettsteget til feilaktige akselerometerdata, som igjen førte til en feilavfyring som sendte sonden inn i en ballistisk bane. Etter 43 timer, den 13. oktober 1958, gikk Pioneer 1 derfor inn i jordatmosfæren over det sørlige Stillehavet i stedet for å nå månen. Dermed kunne ikke Pioneer 1 nå målet om å gi detaljerte bilder av månen. Derimot returnerte sonden brukbare data om strålinga rundt jorda.