Mráz z předchozí noci ztuhl pryžový O-kroužek v jednom ze spojů pravého pomocného motoru na tuhé palivo (SRB). Kroužek při startu ztratil pružnost a přestal těsnit — horké spalné plyny začaly unikat spárou ven.
Únik plamene z boosteru postupně prořízl úchyt spojující SRB k vnější nádrži a poškodil samotnou nádrž. V čase T+73 sekund, ve výšce necelých 14 kilometrů (46 000 stop), unikající vodík a kyslík z protržené nádrže vzplály a aerodynamické síly roztrhly celou sestavu. Řídicí středisko o havárii informoval mluvčí suchou větou „Obviously a major malfunction".
Kabina s posádkou explozí sestavy nebyla zničena a pokračovala balistickým letem až do výšky asi 20 kilometrů, než začala padat k hladině Atlantiku. Podle pozdějšího vyšetřování zůstala část posádky po roztržení při vědomí — nouzové kyslíkové láhve byly ručně aktivovány —, defintivní příčinou smrti ale byl náraz kabiny do vody přibližně o dvě a půl minuty později. Nikdo z posádky náraz nepřežil.
NASA — Challenger (STS-51-L) Accident · NASA — Posádka STS-51-L · NASA — STS-51-L (přehled mise) — úplný seznam na hesle STS-51-L