25. aprila 1986 se je Djatlov sestal z glavnim inženirjem elektrarne Nikolajem Fominom in direktorjem elektrarne Viktorjem Brjuhanom, kjer so govorili o izvajanju varnostnega testa, ki so ga neuspešno poskušali izvesti že tri leta prej. Djatlov je izjavil, da je izvajanje testa varno, in se odločil, da se bo zvečer vrnil v elektrarno in nadzoroval izvajanje testa, da bi ga tako dokončno izvedli. 26. aprila ponoči se je vrnil v elektrarno in ob zmanjšanju moči v reaktorju 4 vse inženirje obvestil o izvajanju preizkusa. Čeprav jih je večina temu nasprotovala, ker so vedeli, da to ni varno, jih je Djatlov preglasil in jim naročil izvajanje testa. Med izvajanjem testa je bil skoraj ves čas prisoten v kontrolni sobi, tudi ob 1.23, ko je reaktor 4 eksplodiral. Djatlov je verjel, da je v reaktorju izbruhnil požar, vendar pa ni verjel, da je eksplozija raznesla sredico, zato je ukazal, da se vanj začne dovajati voda za ohladitev in v šoku poslal dva delavca, da vzpostavita kontrolne palice. Po poročanju, da se je ogenj razširil na streho reaktorja 3, je Djatlov odhitel v nadzorno sobo tega reaktorja in dežurnemu operaterju naročil, da naj nemudoma zaustavi reaktor 3. Po vrnitvi v reaktor 4 je o eksploziji po telefonski zvezi obvestil direktorja Brjuhana in glavnega inženirja Fomina. Kmalu zatem je Djatlov ugotovil, da inženirja Valerija Hodemčuka ne najdejo, zato se je z preostalimi inženirji ga odpravil iskati. Med njegovim iskanjem je Djatlov ugotovil, da se je celotna streha reaktorja 4 porušila, pri tem pa je bil izpostavljen veliki dozi sevanja 390 rem (3,9 Sv).