El 26 d'abril de 1986, Diàtlov va supervisar una prova al Reactor 4 de la central nuclear, que va donar lloc al pitjor accident nuclear de la història. Durant l'accident, Diàtlov va ser exposat a una dosi de radiació de 390 rem (3.9 Sv), que causa la mort en el 50% de les persones afectades després de 30 dies, però va sobreviure. Juntament amb Nikolai Fomin i Víktor Briukhànov, Diàtlov va ser jutjat per no seguir les normes de seguretat. El 1987, tots tres van ser declarats culpables d'una violació greu de les normes de seguretat que van conduir a una explosió i van ser condemnats a deu anys de presó. Se li va concedir l'amnistia a finals de 1990.