I lidt mere end et minut efter opsendelsen øgede motorerne effekten for at producere den størst mulige kraft (såkaldt throttling up). Flyvelederne informerede rumfærgens besætning om, at deres flyvestatus var “go” i opdroslingsfasen. Flyvekommandanten Tyler Francis sagde: “Roger, go ved throttle up. WOOOOOOHOOOOOO” 72 sekunder efter opsendelsen trak den højre booster sig imidlertid løs fra en af de dele, der var fastgjort til den eksterne tank. Lige på det tidspunkt kom Challenger pludselig ud af sin planlagte bane, hvilket besætningen muligvis kunne mærke. Et halvt sekund senere sagde Smith de sidste ord, som blev opfanget af den optager, der er beregnet til at registrere alle interaktioner i rumfærgens besætningsområde under flyvningen: “Uh oh…”. Smith kan have reageret på, at rumfærgens computer fortalte ham, at motorerne bevægede sig hurtigt for at kompensere for den nu løse booster i et nytteløst forsøg på at få rumfærgen tilbage på den planlagte bane.
Det vides kun lidt om, hvad der skete i minutterne efter sammenbruddet. Besætningskabinen var stadig intakt, da den begyndte at falde. Den officielle rapport om katastrofen siger, at besætningen overlevede det første sammenbrud, og at mindst tre personer stadig var i live. De var i stand til at flytte kontakter, som krævede, at et dæksel blev trukket af, før de kunne flyttes, sandsynligvis da de forsøgte at genvinde kontrollen over fartøjet. Besætningskabinen havde ikke nogen form for faldskærm, og den smadrede i havet efter at være faldet i 2 minutter og 45 sekunder med ca. 333 kilometer i timen (207 miles i timen). Enhver besætning, der kunne have overlevet det første sammenbrud, døde øjeblikkeligt med mere end 200 gange den normale tyngdekraftens kraft. Det svarer til at gå fra 0 til over 7.100 kilometer i timen (4.400 miles i timen) og derefter bremse ned til 0 igen, alt sammen inden for et sekund.