In 1973 verhuisde Djatlov naar Pripjat in het hedendaagse Oekraïne om aldaar te gaan werken bij de recent opgeleverde kerncentrale. Door zijn ervaring op de marinescheepswerf in Komsomolsk aan de Amoer was hij een van de drie leidinggevenden. Hij had de leiding over reactor drie en vier. Net na middernacht op 26 april 1986 voerde Djatlov, toen inmiddels adjunct-hoofdingenieur, een niet vooraf aangekondigd experiment uit met reactor 4 in opdracht van de Sovjet-autoriteiten. Het experiment diende om na te gaan of de kerncentrale kon functioneren op de elektriciteit, opgewekt door de turbines van de centrale zelf, als de elektriciteit werd afgesloten. De autoriteiten hoopten dat de centrale dan toch in bedrijf zou kunnen blijven bij eventuele stroomuitval. Tijdens dit experiment drukte een van de ondergeschikten op de verkeerde knop waardoor de kernreactor nagenoeg uitschakelde. Omdat kernreactoren ónder een bepaald vermogen last krijgen van Xenon opbouw die opnieuw opstarten binnen 3 dagen verhindert, had het experiment stilgelegd moeten worden. In plaats daarvan probeerde men door het lichten van regelstaven en later 20 van de 26 veiligheidsstaven, tegen alle protocollen in, de reactor weer op gang te krijgen. Dit resulteerde in een instabiele reactor, onbeheersbare hitteontwikkeling en uiteindelijk de Kernramp van Tsjernobyl.