В тени колец на поверхности Сатурна удалось увидеть промежуток между средним кольцом B и внутренним C. Эту «щель» назвали Французским делением в честь астрономов Франции, предполагавших ее наличие – но позднее это открытие не подтвердилось.

Суммарную массу колец по данным УФ-фотометра и по воздействию на траекторию «Пионера» оценили не более чем в 3 миллионных от массы планеты. Таким образом, плотность колец A и B оказалась меньше ожидаемой. Низкая плотность и свечение атомарного водорода вблизи колец подсказывали, что основные их составляющие – водяной лед и аммиак. Температура материала колец составляла 60–70 К с освещенной стороны и 55–67 К с теневой.

2 сентября в 18:01 UTC земной зонд прошел на минимальном расстоянии 353 950 км от Титана и сделал пять снимков с разрешением порядка 180 км. Увы, они не дали никаких деталей поверхности: атмосфера Титана была практически непрозрачной. Не удалось точно определить диаметр спутника, который в то время приводился в справочниках с неопределенностью ±300 км – в красном участке спектра получилось 5680 км, а в синем – 5760 км. Измерения теплового потока от Титана оказались зашумлены; удалось лишь показать, что его поверхность очень холодна – примерно 80 К. А ведь некоторые ученые, основываясь на наличии метана в атмосфере Титана, предсказывали, что на спутнике «работает» парниковый эффект и что на нем даже может существовать жизнь…

Ультрафиолетовый инструмент обнаружил у Титана водородную корону, что интерпретировали как результат разложения метана с выпадением углеводородных аэрозолей на поверхность. Отраженный от Титана свет был сильно поляризован, что тоже говорило об обилии взвешенных в атмосфере частиц.

Вообще о спутниках Сатурна «Пионер-11» узнал не слишком много. Самое тесное сближение у станции было с Мимасом – 1 сентября в 16:27 UTC аппарат прошел от него в 104 000 км. Аппарат провел фотополяриметрию нескольких лун, в том числе Япета – очень странного спутника, у которого одна половина имела в десять раз бóльшую отражающую способность, чем вторая. Светлое хвостовое полушарие Япета оказалось покрытым неслежавшимся снегом или льдом.

Результаты измерений доплеровского смещения радиосигнала станции позволили уточнить массу Сатурна и Титана и получить первое представление о массе Япета и Реи. Средняя плотность Титана составляла 1,32 г/см3, Япета – 1,8 г/см3, а Реи – 1,0 г/см3. Это означало, что все они состоят в основном изо льда.

Новое кольцо F проявило себя не только на снимках фотополяриметра, но и минимумом измеренной концентрации частиц. Второй подобный минимум ученые отметили за орбитой Реи, на расстоянии от 570 000 до 965 000 км от планеты, и предположили существование еще одного кольца G. Однако уже через несколько месяцев Стивен Ларсон и Уильям Баум показали, что вплоть до этого места может простираться внешняя часть кольца E, и кольцо G «аннулировали».

21 ноября NASA объявило об открытии группой Ван Аллена 12-го спутника Сатурна с временным обозначением 1979 S5, обращающегося вблизи кольца F с периодом 15 часов. Кроме того, были заявлены еще одно слабое кольцо шириной 8000 км снаружи от F и возможный 13-й спутник 1979 S3 на отметке 169 000 км. Обозначенный таким образом «провал» в распределении заряженных частиц в данных «Пионера» впоследствии был идентифицирован с кольцом, открытым «Вояджером-1», к которому перешло также обозначение G. Что же касается S5, то в 1982 г. Ван Аллен признал, что эта деталь «и две соседних линии поглощения, а также 1979 S6 и еще одна линия поглощения, фигурировавшие в „отчетной“ статье в Science за 24 января 1980 г., вероятно, вызваны широтными и радиальными структурами кольца F, а не спутниками».

Выход из магнитосферы Сатурна состоялся 3 сентября и включал пять пересечений магнитопаузы между 30,3 и 39,8 RS. За четыре следующих дня «Пионер-11» девять раз проходил ударную волну на отметках от 49,3 до 102 RS и окончательно вышел в невозмущенный солнечный ветер между двумя сеансами связи 8 сентября.

Уже 11 сентября Сатурн оказался в верхнем соединении. Связь удаляющегося от планеты «Пионера» с Землей, и без того нарушавшаяся солнечными вспышками, на несколько суток стала невозможной, однако его сигнал все же использовался для радиопросвечивания солнечной короны и изучения солнечного ветра на высоких широтах.