Sonda została wystrzelona 13 grudnia 1967 roku na trajektorię wyprzedzającą Ziemię, aby zapewnić pojazdowi dodatkową prędkość na orbicie wokółsłonecznej o początkowych parametrach 1,0080 × 0,9892 au.
Pioneer 8 dotarł do granic ziemskiej magnetosfery 15 grudnia 1967 roku o 19:00 UT. Później, 18 stycznia 1968 roku, sonda, Słońce i Ziemia znalazły się w idealnym położeniu, aby umożliwić szczegółowe badanie magnetycznego ogona Ziemi, po raz pierwszy wykonane przez Pioneera 7 w 1968 roku. Już w czerwcu 1968 roku dane z sondy doprowadziły naukowców do spekulacji, że ziemski ogon magnetyczny może być krótszy niż 320 milionów kilometrów sugerowane przez obliczenia teoretyczne. W sierpniu tego samego roku naukowcy z NASA z Deep Space Network (DSN) ogłosili, że udało się czterokrotnie zwiększyć odległość, na którą można było odebrać sygnały z trzech dotychczasowych sond Pioneer. Było to możliwe dzięki ulepszeniom w odbiornikach DSN. W październiku 1982 roku Pioneer 8 i 9 zbliżyły się na odległość 2,4 miliona kilometrów od siebie, co pozwoliło ponownie skalibrować uszkodzony instrument plazmy Pioneera 8.