Em 26 de abril de 1986, Diatlov supervisionava um teste no Reator 4 da usina nuclear, que resultou no maior desastre nuclear da história. Durante o acidente, Dyatlov recebeu uma dose de radiação de 390 rem (3,9 Sv), que causa a morte em 50% das pessoas afetadas após 30 dias, mas ele sobreviveu. Junto com Nikolai Fomin e Viktor Briukhanov, Dyatlov foi levado a julgamento por falha em seguir regulações de segurança que levaram ao acidente. Em 1987, ele foi julgado culpado por negligência e sentenciado a dez anos de prisão. Ele foi anistiado e solto três anos depois.