La puțin mai mult de un minut după decolare, motoarele au mărit puterea pentru a produce cea mai mare împingere posibilă (cunoscută sub numele de „throttling up”). Controlorii de zbor au informat echipajul navetei că starea lor de zbor era „go” în etapa de accelerare. Comandantul de zbor Tyler Francis a spus: „Recepționat, porniți la accelerare. WOOOOHOOOO!” Cu toate acestea, la 72 de secunde după decolare, boosterul drept s-a desprins de una dintre piesele care se atașează la rezervorul extern. Chiar în acel moment, Challenger a ieșit brusc din traiectoria prevăzută, ceea ce este posibil să fi fost simțit de echipaj. O jumătate de secundă mai târziu, Smith a rostit ultimele cuvinte preluate de aparatul de înregistrare destinat să înregistreze toate interacțiunile din zona echipajului din navetă în timpul zborului: „Uh oh…”. Este posibil ca Smith să fi răspuns la faptul că computerul navetei îi spunea că motoarele se mișcau rapid pentru a compensa propulsorul acum slăbit, într-o încercare inutilă de a readuce naveta pe traiectoria planificată.
Se știe foarte puțin despre ceea ce s-a întâmplat în minutele de după dezintegrare. Cabina echipajului era încă intactă când a început să cadă. Raportul oficial privind dezastrul spune că echipajul a supraviețuit primei ruperi și că cel puțin trei persoane erau încă în viață. Aceștia au reușit să mute întrerupătoarele care au necesitat scoaterea unui capac înainte de a putea fi mișcate, probabil atunci când au încercat să recâștige controlul aeronavei. Cabina echipajului nu avea niciun fel de parașută, iar aceasta s-a izbit în ocean după ce a căzut timp de 2 minute și 45 de secunde cu aproximativ 207 mile pe oră (333 de kilometri pe oră). Orice membru al echipajului care ar fi putut supraviețui primei desprinderi a murit instantaneu cu o forță de peste 200 de ori mai mare decât forța gravitațională normală. Este ca și cum ai trece de la 0 la peste 4.400 de mile pe oră (7.100 de kilometri pe oră) și apoi să încetinești înapoi la 0, totul într-o secundă.