Na 6,6 sekundy przed startem odpalone zostały trzy główne silniki promu kosmicznego (SSME). Przed oderwaniem się od ziemi, w wypadku anulowania startu, SSME mogą zostać bezpiecznie wyłączone. Moment odpalenia rakiet na paliwo stałe (SRB) uznaje się za początek startu (T=0). Dla misji STS 51-L chwila ta nastąpiła o godzinie 11:38:00,010 czasu wschodniego USA. Następnie zwolniono bolce mocujące rakietę do stanowiska startowego, ramię wentylujące parujący wodór zostało odepchnięte od zbiornika zewnętrznego promu, ale nie zostało przytwierdzone do wieży na stanowisku startowym. Na fotografiach widać jednak, że ramię nie wchodzi w ponowny kontakt z promem – zostało więc wykluczone ze zbioru czynników mogących spowodować katastrofę. Inspekcja postartowa wykazała także, że brakuje czterech sprężyn od wspomnianych wyżej bolców, ale one również nie zostały uznane za możliwą przyczynę tragedii. thumb|Wyrzut dymu przy końcu prawego SRB Późniejsze analizy zdjęć ze startu pokazały, że w czasie T+0,678, przy końcu prawego SRB (niedaleko połączenia z głównym zbiornikiem) pojawiły się silne wyrzuty ciemnoszarego dymu. Ostatni taki wyrzut rozpoczął się w T+2,733 i trwał do T+3,375.