התקופה מנקודת התרחשות לחץ הפיצוץ ועד לנקודת התרחשות טמפרטורת בעירה מקסימלית היא שלב הבעירה העיקרי.
המאפיין בשלב זה הוא שהזרקת הדלק הסתיימה, רוב הדלק נשרף בתקופה זו, משתחררים כ-80 אחוז מסך החום וטמפרטורת הגז עולה לנקודה הגבוהה ביותר. עם זאת, עקב תנועת הבוכנה כלפי מטה, נפח הצילינדר גדל, כך שהלחץ בצילינדר לא משתנה הרבה. אספקת הנפט מסתיימת בשלב זה.