Többször is elhalasztották a fellövést a rossz időjárás miatt, végül 1986. január 28-án helyi idő szerint 11:38-kor történt meg az indítás a Kennedy Űrközpontban. A Challenger azonban 73 másodperccel a felszállás után felrobbant mintegy 15 kilométer magasan. Az űrrepülő 2349 kilométeres óránkénti sebességgel száguldott, amikor az Atlanti-óceán fölött három részre szakadt.

A Challenger hétfős legénysége életét vesztette. Köztük volt egy civil utas is, egy tanárnő, Christa McAuliffe, akit pályázat útján választottak ki, és felkészítését is nagy érdeklődés kísérte. Az űrből tartott volna órákat a gyerekeknek, egyúttal népszerűsítve az űrprogramot.

A katasztrófa okait vizsgáló bizottság jelentése szerint a jobb oldali, szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta alsó és középső része közötti szigetelőgyűrű a hidegben veszített rugalmasságából, és az indítás után néhány másodperccel átégett. A folyamatosan növekvő lángcsóva 64 másodperc múlva átégette a külső üzemanyagtartályt, amely újabb nyolc másodperc múlva szétesett. A hidrogéntartály nekicsapódott a folyékony oxigént tartalmazó üzemanyagtartálynak, és a kiáramló üzemanyag robbanásszerűen elégett - ennek hatására a szerkezet három részre szakadt, és jelentős része megsemmisült. Az esemény bekövetkeztekor az irányítóközpont még csak súlyos üzemzavarról beszélt.

Az 1983-ban szolgálatba állt Challenger, a Columbia után a második amerikai űrrepülőgép volt, összesen kilencszer járt a világűrben. A NASA a baleset után leállította a programot, a hordozórakétákat és az űrsiklókat áttervezték, azok biztonsági berendezéseit tökéletesítették, illetve újakat is beépítettek. A program csak 1988 szeptemberében folytatódott.