Odliczanie rozpoczęte
Pięć minut po północy osiągnięto 700MW energii cieplnej, lecz obecność dużej ilości, hamującego reakcję, ksenonu-135 (wytworzonego głównie przez szybkie obniżanie mocy) oraz błąd Toptunowa, który wprowadził pręty kontrolne zbyt głęboko w reaktor, doprowadziły do praktycznego wygaszania rdzenia. Procedura nakazywała, aby w takim przypadku poczekać dwadzieścia cztery godziny. Po takim czasie efekty zatrucia ksenonowego ustąpiłyby, a reaktor powróciłby do pracy w dużo stabilniejszym stanie.
Wycofanie się z eksperymentu zaproponował młodszy inżynier Toptunow, a wsparł go w tym Akimow. Wywołało to tylko gwałtowną reakcję Djatlowa, zmęczonego oraz wściekłego na podległych mu ludzi. Niestety, żaden z nich nie dorównywał mu siłą charakteru oraz wykształceniem.
Djatlow wymusił na załodze, aby podnieść pręty kontrolne, co spowodowało wysoce niestabilną sytuację, gdzie coraz bardziej przyspieszająca reakcja niszczyła nagromadzony ksenon-135. Moc powoli wzrastała, lecz ciągle była na zbyt niskim poziomie aby przeprowadzić bezpieczny test. Dlatego zdecydowano się odłączyć automatyczny system sterowania prętami kontrolnymi i całkowicie wyciągnąć większość z nich z rdzenia.
Po kilku minutach moc wzrosła do około 160MW, lecz ciągle zmagano się z zatruciem reaktora. Wyciągnięto więc kolejne pręty kontrolne. Operowanie reaktorem o tak niskiej mocy spowodowało problemy z systemem przepływu wody, lecz, liczne alarmy postanowiono zignorować. Zresztą, dla operatora sterującego systemem chłodniczym, Borysa Stolarczuka, radzenie sobie z nieprawidłowościami nie było niczym nowym.
Po jakimś czasie osiągnięto 200MW i mimo, iż jest to znacznie mniejsza wartość niż wymagane 700MW, Djatlow postanowił rozpocząć eksperyment, ponownie, nie licząc się ze sprzeciwem podwładnych. Pięć minut po godzinie pierwszej włączono dodatkowe pompy, aby zwiększyć przepływ wody. Spowodowało to spadek temperatury rdzenia, a co za tym idzie, zmniejszono produkcję pary i moc. Aby przeciwdziałać tej sytuacji wyłączono dwie pompy, oraz wyciągnięto kolejne pręty kontrolne.
Warto zaznaczyć, iż ze względów bezpieczeństwa, w reaktorze powinno cały czas znajdować się dwadzieścia osiem, w pełni wsuniętych, jednostek kontrolnych. Zostawiono tylko osiemnaście. Aby doprowadzić rdzeń do takiego stanu ominięto sporo automatycznych i pasywnych systemów zabezpieczających.
Początek końca
Eksperyment rozpoczął się dokładnie o 1:23:04 nad ranem. Przy połowie działających pomp (z ośmiu dostępnych i sześciu działających podczas normalnej pracy), odcięto dopływ pary do turbin. Gdyby nie ominięcie automatycznych systemów bezpieczeństwa, reaktor w tym momencie wyłączył by się automatycznie. Zanim generatory uzyskały pełną moc, spowolniony przepływ wody zaczął generować duże ilości pary, a co za tym idzie, do głosu doszła największa wada projektu – w przypadku odparowania chłodziwa wzrastała moc. Automatyczny system kontrolny, który jak dotąd przeciwdziałał temu problemowi, zaczął zawodzić. I jakby mogło być inaczej, skoro ze wszystkich dostępnych prętów kontrolnych, zostało ich zaledwie kilkanaście?
Ludzie zgromadzeni w pomieszczeniu kontrolnym reaktora numer 4, z niedowierzaniem oglądali ciągle wzrastający wskaźnik mocy. Według niektórych, późniejszych, obliczeń, jej wartość mogła wynosić nawet 30000MW. W ostatniej, desperackiej, próbie uniknięcia katastrofy wciśnięto przycisk AZ-5, rozpoczynający procedurę awaryjnego wyłączenia reaktora, poprzez opuszczenie wszystkich prętów kontrolnych.
Niestety, wspomniana już, grafitowa końcówka wypchnęła jakąkolwiek pozostałą wodę z kanałów, podczas gdy borowy trzon nie miał nawet okazji zareagować. Wiemy, że pręty nie zostały wsunięte nawet do połowy, najprawdopodobniej z powodu uszkodzenia kanałów przez parę pod dużym ciśnieniem. Ta sama para rozerwała reaktor, wyrzucają jego, ważącą ponad 2000 ton, pokrywę wysoko w górę, przebijając jednocześnie dach elektrowni. Potem doszło do drugiej, dużo większej, eksplozji. Jest kilka teorii o tym co ją spowodowało, większość całkiem prawdopodobna. Odpowiedzialny może być na przykład wodór, który wytworzył się z zetknięcia rozgrzanego grafitu i wody.
Palące się szczątki dachu elektrowni groziły ciągle działającemu reaktorowi numer 3. Mimo sprzeciwu głównego inżyniera Nikołaja Fomina, kierownik tamtejszej zmiany stłumił reakcję łańcuchową i ewakuował całą załogę, poza tymi inżynierami, którzy musieli czuwać nad systemem chłodzenia.
Natychmiastowo zareagowała miejscowa jednostka straży pożarnej, ale drużyny były przekonane, że mają do czynienia ze zwykłym pożarem. Po przybyciu na miejsce, w swej nieświadomości strażacy podnosili nawet, silnie radioaktywne, fragmenty grafitowej osłony. Akimow oraz Dietłow próbowali kontrolować sytuację będąc przekonanymi, iż za eksplozję odpowiada nagromadzenie wodoru w jednym ze zbiorników pomocniczych. Ich wyobrażenia na temat rzeczywistości nie zburzył ani widok porozrzucanych fragmentów reaktora ani relacje współpracowników, że reaktora po prostu już nie ma.
Syndrom wyparcia udzielił się także, głównemu inżynierowi oraz dyrektorowi, którzy raportowali do Moskwy, że wszystko jest pod kontrolą, a promieniowanie jest na poziomie 3,6 roentgenów. Tyle, że skala wskaźnika miała maksymalną wartość 3,6, a wskazania wychodziły poza skalę. Zignorowano zupełnie dodatkowe odczyty choć, w rzeczywistości, poziom promieniowania był ponad cztery tysiące razy wyższy. Ten fakt zaraportowali póxniej na Kreml… Szwedzi.