Hieman yli minuutti laukaisun jälkeen moottorit lisäsivät tehoa tuottaakseen suurimman mahdollisen työntövoiman (ns. throttling up). Lennonjohtajat ilmoittivat sukkulan miehistölle, että heidän lentotilansa oli ”go” kuristusvaiheessa. Lennon komentaja Tyler Francis sanoi: ”Roger, go at throttle up. WOOOOHOOOOOO” Kuitenkin 72 sekuntia laukaisun jälkeen oikeanpuoleinen booster irrottautui yhdestä ulkoiseen tankkiin kiinnittyvästä osasta. Juuri silloin Challenger lähti yhtäkkiä pois suunnitellulta reitiltään, minkä miehistö saattoi tuntea. Puoli sekuntia myöhemmin Smith sanoi viimeiset sanat, jotka nauhuri, joka on suunniteltu tallentamaan kaikki vuorovaikutustilanteet sukkulan miehistön alueella lennon aikana, näki: ”Uh oh…”. Smith saattoi vastata sukkulan tietokoneeseen, joka kertoi hänelle, että moottorit liikkuivat nopeasti kompensoidakseen nyt irronneen kantoraketin turhaan yrittäessään saada sukkulan takaisin suunnitellulle reitille.
Sukkulan hajoamisen jälkeisten minuuttien tapahtumista tiedetään vain vähän. Miehistöhytti oli vielä ehjä, kun se alkoi pudota. Virallinen raportti katastrofista kertoo, että miehistö selvisi ensimmäisestä hajoamisesta ja että ainakin kolme ihmistä oli vielä elossa. He pystyivät liikuttamaan kytkimiä, jotka vaativat suojuksen irrottamisen ennen kuin niitä voitiin liikuttaa, luultavasti kun he yrittivät saada aluksen takaisin hallintaansa. Miehistön hytissä ei ollut minkäänlaista laskuvarjoa, ja se syöksyi mereen pudottuaan 2 minuutin ja 45 sekunnin ajan noin 333 kilometrin tuntinopeudella (207 mailia tunnissa). Miehistö, joka olisi saattanut selvitä ensimmäisestä hajoamisesta, kuoli välittömästi yli 200-kertaisen normaalin painovoiman vaikutuksesta. Tämä on kuin nousisi 0:sta yli 4 400 mailin tuntinopeuteen (7 100 kilometriä tunnissa) ja hidastuisi sitten takaisin 0:aan sekunnissa.