Der Zeitraum vom Zeitpunkt des Auftretens des Explosionsdrucks bis zum Zeitpunkt des Auftretens der maximalen Verbrennungstemperatur ist die Hauptverbrennungsstufe.
Das Merkmal dieser Phase ist, dass die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, der größte Teil des Kraftstoffs während dieser Zeit verbrannt wird, etwa 80% der Gesamtwärme freigesetzt werden und die Gastemperatur auf den höchsten Punkt ansteigt. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens erhöht sich jedoch das Zylindervolumen, so dass sich der Druck im Zylinder nicht wesentlich ändert. Die Ölversorgung endet in diesem Stadium.