在1958年12月6日，先驱者3号按照既定计划从佛罗里达州卡纳维拉尔角升空，目标是在33.75小时后接近月球并收集相关数据，进而进入太阳轨道。然而，升空过程中出现了意外：火箭第二级在预计时间前3.7秒熄火，导致探测器的出射角偏离了原计划的68度，以71度角发射，速度略低于地球逃逸速度，每小时约慢了1000公里。
在随后的旅程中，先驱者3号达到了102360公里的最高点，但最终未能按计划执行。它在7日19时51分（UTC）遭受大气层的燃烧，经过38小时零6分钟的运行后，预计坠落在非洲大陆北纬16.4度、东经18.6度的区域。由于地面接收站的地理位置限制，任务期间有长达13小时的时间与探测器失去了联系。
尽管任务未能按预期完成，但通过探测器内部传感器收集的数据，科学家们意外地揭示了范艾伦辐射带的结构，实际上被发现分为两层。尽管旅程中遇到了挑战，先驱者3号的观测结果为航天科学提供了宝贵的新发现。
先驱者3号（英语：Pioneer 3）是美国的无人行星探测任务“先驱者计划”的第4颗无人探测器，于1958年12月6日（UTC时间05:45:12）发射。探测器是美国陆军弹道导弹机关（U.S. Army Ballistic Missile agency）与NASA联合发射的月球探测器，由空气动力试验室开发设计。但是由于火箭故障而导致任务失败。