21:43. A légkörbe történő visszatérés és a leszállás a repülés egyik legkritikusabb szakasza. Ilyenkor az űrrepülőgép sebességét 28 000 km/óráról kell lecsökkenteni a vadászrepülőgépek leszállásának megfelelő sebességre. Az űrhajósok azonban mégsem tartották soha a repülés különösebben veszélyes részének a hazatérést.
A visszatérést egy nagyjából 300 km-es magasságban végzett rakétás fékezéssel kezdik. Ekkor a sebesség 28 000 km/óra, az űrrepülőgép zárt tehertérajtókkal a menetiránynak háttal és a hátán száguld. A két manőverhajtóművel (OSM) végzett fékezésnek köszönhetően letér a pályáról, és magassága csökenni kezd. Ezt követően a szerkezetet talpra fogatják, egészen addig, amíg az állásszög (a gép hossztengelyének a siklópályával bezárt szöge) el nem éri a 40 fokot. Ekkor az űrrepülőgép már orral előre és lefele száguld, és belemerül, belezuhan a felső légkörbe.
A 28 000 és 1100 km/óra közötti sebességtartományban ezt légköri fékezéssel, a légköri surlódást felhasználva végzik. Az űrjármű tulajdonképpen egy izzó burokban utazik, melynek hőmérséklete jóval ezer fok felett van. Ezt nyilvánvalóan csak egy speciális hővédelem képes elviselni, erre szolgálnak a különböző színű hővédőcsempék. A fekete színűek a gép alsó részén, a szürke színűek az orrkúpon és a szárnyak belépőélének egy részén, a fehérek pedig a felső részeken. A különböző színekhez összesen négyféle anyag tartozik, ezek rövidített nevei: RCC, HRSI, FRCI (vagy AFRSI), illetve FRSI. Ezeknek az előbbi sorrendben 1700-1260 fokos, 1260-649 fokos, 649-371 fokos, illetve 371 fokot nem meghaladó hőmérsékletet kell elviselniük. Jellemző, hogy még az alkalmazott üvegeknek is képesnek kell lennie akár több száz fokos hőmérséklet elviselésére. Nyilvánvaló, hogy ha az űrrepülőgép ilyen hőterhelés mellett széthullott, akkor a személyzetnek mindössze néhány másodperce maradhatott az életből.
A leszállás második fázisára, amikor az űrrepülőgép már hangsebesség alatt haladva vitorlázórepülést hajt végre, és
* "S"-manőverekkel csökkenti a magasságot,
* csökkenti, vagy növeli a leszállási ponttól való távolságot, illetve
* féklappal növeli a merülősebességet,
ezúttal már nem kerülhetett sor.
A leszállást irányító központ kivetítőjén jól látszik, hogy meddig volt kapcsolat a Columbiával (pirosas rész). A zöld vonal azt a repülési szakaszt jelöli melyet a Shuttle már nem tudott megtenni.
A mostani visszatérés kritikus pillanatai (közép-európai idő szerint)
14:15 / A Columbia az Indiai-óceán felett mintegy 320 km magasan bekapcsolja a fékezőhajtóműveit és lassulva letér a pályáról.
14:18 / Kikapcsolják a fékezőhajtóműveket.
14:23 / A Columbia felveszi a leszállópozíciót.
14:42 / A Columbia már a Csendes-óceán felett száguld mintegy 160 km-es magasságban.
14:44 / A Columbia belép a sűrű légkörbe. Magasság kb. 120 km, sebesség 25MACH (a hangsebesség huszonötszöröse). Az űrrepülőgép állásszöge 40 fok, a test alsó részei, illetve a szárnyak és a függőleges vezérsík belépőéle a surlódási hőtől felizzik. Ez normális (épp ezért borítják az űrrepülőgépet hővédőcsempék), mint ahogy az is, hogy ilyenkor az űrrepülőgépet körülvevő izzó "burok" miatt megszűnik a rádió-összeköttetés.
14:53 / A Columbia áthalad Kalifornia felett.
14:55 / A Columbia már csak 20 percnyire van a földetéréstől és Nevada felett halad. Lentről minden normálisnak tűnik.
14:59 / 72 km magasan a Columbia berepül Texas fölé.
15:04 / Kondenzcsíkra emlékeztető vonal jelenik meg az űrrepülőgép mögött.
15:05 / Bejelentik, hogy a Columbiával nincs sem kommunikációs-, sem radar-kapcsolat.
15:14 / A visszatérést irányító repülési igazgató - Leroy Cain - bejelenti, hogy "valószínűleg elvesztették az űrrepülőgépet".
20:18. A szétszakadó űrrepülőgép szinte elvakította az egyik időjárási radart.
