En bit över en minut efter start ökade motorerna effekten för att producera högsta möjliga dragkraft (så kallad throttling up). Flygledarna informerade rymdfärjans besättning om att deras flygstatus var ”go” vid uppdriftsfasen. Flygchefen Tyler Francis sade: ”Roger, go vid throttle up. WOOOOHOOOOOO” 72 sekunder efter start drog dock den högra boosten sig loss från en av de delar som fästs vid den externa tanken. Just då gick Challenger plötsligt utanför sin avsedda bana, vilket kan ha känts av besättningen. En halv sekund senare sade Smith de sista orden som fångades upp av den inspelare som är avsedd att registrera alla interaktioner i besättningsutrymmet i rymdfärjan under flygningen: ”Uh oh…”. Smith kan ha reagerat på att skyttelns dator talade om för honom att motorerna rörde sig snabbt för att kompensera för den nu lösa boosten i ett meningslöst försök att få skytteln tillbaka på den planerade banan.
Det är föga känt om vad som hände minuterna efter haveriet. Besättningshytten var fortfarande intakt när den började falla. Den officiella rapporten om katastrofen säger att besättningen överlevde den första brytningen och att minst tre personer fortfarande var vid liv. De kunde flytta på kontakter som krävde att ett lock drogs av innan de kunde flyttas, troligen när de försökte återta kontrollen över farkosten. Besättningshytten hade ingen form av fallskärm, och den krossades i havet efter att ha fallit i 2 minuter och 45 sekunder i en hastighet av cirka 333 kilometer i timmen (207 miles per timme). Alla besättningsmedlemmar som kunde ha överlevt det första sammanbrottet dog omedelbart med mer än 200 gånger den normala gravitationens kraft. Detta är som att gå från 0 till över 7 100 kilometer i timmen (4 400 miles per timme) och sedan sakta ner igen till 0, allt inom en sekund.