У време када се десила Чернобиљска катастрофа 26. априла 1986. године, Легасов је био први заменик директора на Институту атомске енергије Курчатов. Постао је кључни члан владине комисије која је формирана да би се истражили узроци катастрофе и планирали ублажавање њених последица. Донео је најважније одлуке како би избегао понављање несреће и обавестио је владу о ситуацији у области катастрофе. Није се устручавао да разговара са колегама научницима и новинарима о сигурносним ризицима уништене електране и инсистирао је на непосредној евакуацији целокупног становништва града Припјат у близини. У августу 1986. представио је извештај совјетске делегације на посебном састанку Међународне агенције за атомску енергију у Бечу. Његов извештај је показао дубину анализе и искрености у дискусији о обиму и последицама трагедије.