Em pouco mais de um minuto após a descolagem, os motores aumentaram a potência para produzir o maior impulso possível (conhecido como aceleração). Os controladores de voo informaram a tripulação do vaivém que o seu estado de voo estava “em marcha” na fase de aceleração. O comandante de voo Tyler Francis com “Roger, acelerar”. WOOOOOOOO” Contudo, aos 72 segundos após a descolagem, o propulsor direito afastou-se de uma das partes ligadas ao tanque externo. Nesse momento, o Challenger saiu de repente do caminho pretendido, o que pode ter sido sentido pela tripulação. Meio segundo depois, Smith disse as últimas palavras captadas pelo gravador projetado para registrar todas as interações na área da tripulação do vaivém durante o vôo: “Uh oh…”. Smith pode ter respondido ao computador do vaivém dizendo-lhe que os motores estavam a mover-se rapidamente para compensar o agora solto booster numa tentativa inútil de colocar o vaivém de volta no caminho planeado.
Little é conhecido do que aconteceu nos minutos após a separação. A cabine da tripulação ainda estava intacta quando começou a cair. O relatório oficial do desastre diz que a tripulação sobreviveu à primeira ruptura e que pelo menos três pessoas ainda estavam vivas. Eles foram capazes de mover interruptores que precisavam de uma cobertura para serem retirados antes que pudessem ser movidos, provavelmente quando tentaram recuperar o controle da embarcação. A cabine da tripulação não tinha qualquer tipo de pára-quedas, e bateu no oceano após cair durante 2 minutos e 45 segundos a cerca de 207 milhas por hora (333 quilômetros por hora). Qualquer tripulação que pudesse ter sobrevivido à primeira ruptura morreu instantaneamente com mais de 200 vezes a força da gravidade normal. Isto é como ir de 0 a mais de 7.100 quilómetros por hora e depois abrandar para 0, tudo num segundo.