Después de los aceleradores llegamos a la etapa principal. La mayor parte de los retrasos y sobrecostes de este cohete vienen de esta sección. Pese a basarse en el tanque del transbordador esta etapa es sustancialmente más grande. La core stage mide 64,16 metros de altura por 8,4 de ancho. Las dimensiones del tanque exterior del transbordador eran de 46,9 metros de altura por 8,4 de ancho.
Puede no parecer mucha diferencia, pero, se requirió de nuevas instalaciones, nuevos procedimientos, nueva maquinaria. Esta etapa es la más grande jamás construida para un cohete espacial. Además, se produjo otro cambio sustancial, mientras que en el transbordador los motores principales estaban en la lanzadera ahora están debajo de los tanques de combustible.
Esto hace que haya que rediseñar grandes secciones de la etapa para que puedan soportar el empuje de los cuatros motores RS-25. Estos motores provienen también del transbordador espacial. Siendo el más veterano de ellos el denominado E-2045 que ha acumulado 12 vuelos desde 1998. Todos estos motores son RS-25 D, versiones ligeramente adaptadas de los tiempos del transbordador. Sin embargo, a futuro se evolucionará hasta el modelo E nuevos motores fabricados exprofeso para el SLS. Estos traerán nuevas modificaciones que simplificarán el diseño y mejorarán ligeramente las prestaciones. Pero no se esperan grandes evoluciones, estos motores datan de 1976, cuando se congelo su diseño. Desde entonces ya ha sufrido modificaciones desde la electrónica hasta los materiales. Por eso las mejoras que se le puedan hacer son ya limitadas.