Tàu vũ trụ đã hoàn thành chuyến bay đầu tiên của nó trên Sao Mộc (perijove 1) vào ngày 26 tháng 8 năm 2016 và chụp lại hình ảnh cực bắc của hành tinh.Vào ngày 14 tháng 10 năm 2016, vài ngày trước khi đến điểm gần hành tinh nhất trên quỹ đạo lần thứ 2 (perijove 2) và chủ động giảm chu kì quỹ đạo, kiểm tra cho thấy một vài van Helium của Juno mở không đúng. Vào ngày 18 tháng 10 năm 2016, khoảng 13 giờ trước khi tiến gần tới sao Mộc lần thứ hai, Juno đã đi vào chế độ an toàn (safe mode), một chế độ được kích hoạt khi máy tính trên tàu của nó gặp phải các lỗi không lường trước. Tàu vũ trụ đã tắt tất cả các hệ thống không quan trọng và tự định hướng lại hướng của tàu về hướng Mặt trời để thu được nhiều năng lượng nhất. Do đó, không có hoạt động khoa học nào được tiến hành trong vùng perijove 2.

Vào ngày 11 tháng 12 năm 2016, tàu vũ trụ đã hoàn thành perijove 3, tất cả đều ổn ngoại trừ một thiết bị vận hành và trả về dữ liệu. Có một thiết bị, JIRAM, đang chờ cập nhật phần mềm. Trải qua perijove 4 ra vào ngày 2 tháng 2 năm 2017, với tất cả các thiết bị đều hoạt động. Trải qua perijove 5 ra vào ngày 27 tháng 3 năm 2017. Trải qua perijove 6 vào ngày 19 tháng 5 năm 2017.

Mặc dù thời gian của nhiệm vụ vốn bị giới hạn bởi sự phơi nhiễm bức xạ, gần như tất cả liều lượng này đã được lên kế hoạch để thu được trong thời gian ngắn. Tính đến năm 2017, quỹ đạo 53,4 ngày đã được lên kế hoạch duy trì đến tháng 7 năm 2018 cho tổng số 12 quỹ đạo hoạt động khoa học. Vào cuối nhiệm vụ chính này, dự án đã được Bộ phận Khoa học Hành tinh của NASA lên kế hoạch trải qua một quá trình xem xét khoa học để xác định xem nó có nhận được tài trợ cho một sứ mệnh mở rộng hay không.

Vào tháng 6 năm 2018, NASA đã gia hạn sứ mệnh đến tháng 7 năm 2021. Trong quá trình thực hiện sứ mệnh, tàu vũ trụ sẽ tiếp xúc với mức độ bức xạ cao từ từ quyển của Sao Mộc, có thể gây hỏng một số thiết bị khoa học trong tương lai và có nguy cơ va chạm với các mặt trăng của Sao Mộc.

Vào tháng 1 năm 2021, NASA đã gia hạn sứ mệnh đến tháng 9 năm 2025.Trong giai đoạn này, Juno bắt đầu xem xét các mặt trăng lớn của Sao Mộc, Ganymede, Europa và Io. Một chuyến bay tiếp cận Ganymede vào ngày 7 tháng 6 năm 2021, 17:35 UTC hay 00:35 theo giờ Việt Nam, tiếp cận ở khoảng cách 1.038 km, cũng là tàu vũ trụ tiếp cận gần nhất với mặt trăng này kể từ phi vụ Galileo, năm 2000. Sau đó một chuyến bay tiếp cận Europa dự kiến vào cuối 2022 ở khoảng cách 320 km. Cuối cùng, tàu sẽ thực hiện 2 lần bay tiếp cận Io vào 2024 ở khoảng cách 1500 km. Những chuyến bay tiếp cận sẽ cung cấp thêm thông tin về các mặt trăng lớn và sự chuẩn bị cho các phi vụ trong tương lai như Sứ mệnh Europa Clipper của NASA và JUICE của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (JUpiter ICy moons Explorer), cũng như đề xuất quan sát núi lửa trên Io.