Svensken låg länge sist av alla tolv i finalen och såg ut att vara i princip chanslös en bit in på sista varvet.
Men med drygt 200 meter kvar att springa satte han i en högre växel som alla förutom vinnaren Stefan Nillessen från Nederländerna saknade.
Den 25-årige göteborgaren lade sig i ytterfil, kämpade sig förbi klungan och gick i mål på 3.36,16 – åtta hundradelar före trean Andrew Coscoran från Irland. Nillessen vann på 3.35,70.
”Är en chansning”
Pihlström säger att hans taktik på sista varvet, efter några tidigare misslyckade försök att ta sig ikapp, blev att hålla sig kall och låta de andra stångas.
– Det är klart att jag blir lite orolig att tåget har gått, men jag känner mig väldigt stark, säger han.
– Det är en chansning. Det är en dålig position. Men i och med att jag sparar så mycket energi kommer jag så starkt sista 50 meterna. Det ska inte vara möjligt egentligen.
Efter målgång möttes han upp av en jublande Andreas Almgren, rumskamraten som precis hade defilerat hem en guldmedalj i överlägsen stil på 10 000 meter.
– Det gav mycket energi när jag såg Almgren krossa alla andra, säger Pihlström.
”Lite tagen”
Almgren sade i SVT:s sändning att Pihlströms upphämtning nästan gjorde honom gladare än när han själv sprang i mål.
Pihlström säger att det kommer ta några dagar för att förstå vad han presterat.
– Jag är lite tagen.
Men redan på söndagskvällen får han konkreta bevis på sin bedrift runt nacken, på medaljceremonin.
Men först krävs lite administration: Pihlström hade bokat flygbiljett hem redan på förmiddagen.
– Jag får se till att boka om den, säger han och skrattar.