Pons se estrenó en el escenario mundialista como wild card en el Gran Premio de España de 125cc. Los planes de participar como invitado en otras carreras mundialistas de ese curso se truncaron al sufrir un escalofriante accidente en una prueba del CEV Buckler de 125 celebrada en el circuito de Jerez. Resultó con varias fracturas que le obligaron a una esforzada recuperación de varios meses pero aún pudo reaparecer en competición en las últimas citas del certamen español.
En 2009 debutó en el Campeonato del Mundo de 250cc con el apoyo de su progenitor, que regresaba al paddock mundialista para ponerse al frente de la reestructurada escudería Pepe World Pons WRB. Tras concluir esa campaña en la 26ª plaza, Axel compitió en 2010 en la nueva categoría de Moto2 al manillar del prototipo Kalex Pons y completó la campaña con un total de siete puntos. En 2011 tan sólo pudo conseguir un punto y acabar en la 32ª plaza.