1986. január 28-án tizedik küldetésére indult a három évvel korábban megépített Challenger űrrepülőgép a Floridában található Kennedy Űrközpontban. Ez volt a Columbia után a második, a NASA által épített, úgynevezett orbiter, amely egy, a rakéta, az űrhajó és a repülő tulajdonságait ötvöző, újrafelhasználható jármű.

A legénység tagjai között vegyesen voltak tapasztalt és kezdő űrhajósok. Előbbi csoportba tartozott Francis „Dick” Scobee parancsnok, utóbbiba pedig a vietnámi veterán Michael John Smith pilóta. Hozzájuk csatlakoztak még Judith Arlene Resnik, Ellison Shoji Onizuka és Ronald Ervin McNair küldetésfelelősök, valamint Greg Jarvis és Christa McAuliffe rakományfelelősök.

A Challengernek több elsőséget is köszönhetünk, ez az űrrepülő vitt elsőként amerikai női, afro-amerikai, holland és kanadai űrhajóst az űrbe. Az 1986-os küldetésén is volt egy ilyen precedens, amikor egy külön, erre indított program keretében kiválasztották Christa McAuliffe-et, hogy ő legyen az első tanár az űrben.

Eredetileg január 22-én délutánra tervezték a kilövést, de azt több alkalommal el kellett halasztani, többek között időjárási és műszaki okok miatt. A NASA végül január 28-a reggel mellett döntött, jóllehet, arra a napra különösen hideg éjszakát jósoltak mínusz 1 fok közeli értékekkel, amely a megengedett legalacsonyabb hőmérséklet a kilövéshez.

Az űrrepülő még sohasem szállt fel ilyen hidegben (az eddigi alsó rekord 12 fok volt), és az alkatrészeket sem tesztelték ilyen körülményekre. Végül a vártnál még hidegebb volt, mínusz 8 fok, így egy csapat szakember egész éjszaka azon dolgozott, hogy eltávolítsák a jeget a kilövőállásról és a kilövést 11 óra 38 percre időzítették.

A felemelkedéstől számított fél másodperc múlva szürke és fekete füstpamacsok jelentek meg a jobboldali gyorsítórakétánál. A következő másodpercekben a kilövésről készült videófelvételeken további füstöt lehetett látni. A füst oka, hogy a forró kiáramló gázok elégették az úgynevezett O-gyűrűt, amely arra szolgált, hogy elszigetelje a gyorsítórakéta két szegmensét. Közben az űrrepülő tovább emelkedett.

A repülés 59. másodpercében, miközben a két gyorsítórakéta és a három főhajtómű rendben működött, egy kis lángcsóva tűnt fel azon a helyen, ahol az első füstpamacsok megjelentek. A lángcsóva folyamatosan növekedett és ekkor már a műszerek is jelezték, hogy a jobboldali gyorsítórakéta szivárog. A 65. másodpercben átégett a külső üzemanyagtartály.

A küldetés 74. másodpercében leszakadt az üzemanyagtartály alsó része és az üzemanyag robbanásszerűen égett el. A Challengert elborították a lángok és több nagyobb darabra szakadt, amelyek aztán az Atlanti-óceánba hullottak. A Challenger utolsó útja mindössze 1 perc 13 másodpercig tartott.

Az irányítóközpont monitorain, ahol a Challengernek kellett volna lennie, füst és vízpára látszódott. Jay Greene repülési igazgató arra utasította az embereit, hogy figyeljenek minden bejövő jelet, hátha csak a rakéták semmisültek meg és az űrrepülő megmenekült. Ez a remény azonban tévesnek bizonyult.

Christa McAuliffe-et az oktatási célokat szolgáló és az űrkutatást népszerűsíteni kívánó Tanárt az űrbe (Teacher in Space Project) program keretében válogatták be a legénység tagjai közé, ezért a NASA TV-nek köszönhetően amerikai kisiskolások milliói nézték élőben a Challenger-katasztrófát. Felmérések szerint a baleset maradandó, traumatikus nyomot hagyott a gyerekekben és még sok év múlva is élénken emlékeztek rá.

Aznap este a szokásos évértékelő beszéde helyett Ronald Reagan amerikai elnök a katasztrófáról emlékezett meg. Beszédében nem csak az elhunyt űrhajósok családjának, a NASA munkatársainak, hanem az iskolásoknak is üzent: „Tudom, hogy nehéz megérteni, de néha történnek ilyen fájdalmas dolgok. Ez része annak, hogy az emberiség folyamatosan új dolgokat fedez fel. A jövő nem a gyengéké, hanem a bátraké. A Challenger legénysége magával vitt minket a jövőbe és mi ezután is követni fogjuk őket.”

A NASA már a baleset utáni első percekben elkezdte a roncsok begyűjtésére szolgáló munkálatok megszervezését, de az égből folyamatosan hulló törmelék miatt egy órába telt, míg engedélyezte a kutatóbrigádoknak, hogy bemenjenek az érintett területre.

A pilótafülkét és benne a legénység tagjainak holttestét március 7-án találták meg az óceánfenéken. A kutatócsapat egyik tagja szerint gyakorlatilag egy nagy rakás romhalmaz maradt belőle, amelyből drótok lógtak ki. A becsapódás ereje miatt számos fontos nyom megsemmisült, ezért a mai napig nem lehet teljes bizonyossággal megállapítani az űrhajósok halálának okát. Maga a robbanás valószínűleg nem volt elég nagy ahhoz, hogy megölje őket, de lehet, hogy az azt követő légnyomáscsökkenés miatt elvesztették az eszméletüket. Egyes szakértők szerint azonban az űrhajósok még éltek és tudatuknál voltak, amikor a pilótafülke becsapódott az óceánba.

Dick Scobeet, Judith Resniket és Michael Smith-et az Arlingtoni Nemzeti Temetőben helyezték örök nyugalomra, míg Elison Onizukát Honoluluban, Ron McNairt Dél-Karolinában, Christa McAuliffe-et pedig New Hampshire-ben. Gregory Jarvist elhamvasztották és a hamvakat a Csendes-óceánba szórták. Az áldozatok családtagjai a baleset után létrehoztak egy non-profit szervezetet, amely az űrkutatással kapcsolatos oktatóprogramokat szervez az iskolákban.