1941 novemberében a német hatóságok kivégzőközpont építésébe fogtak a megszállt Lengyelország délkeleti részében fekvő korábbi munkatábor helyén. Belzec, a németek második ilyen létesítménye, 1942. március 17-én kezdte meg működését. Csak ebben az évben mintegy 434 500 zsidót, és meghatározatlan számú keresztény vallású lengyelt, valamint romát (cigányt) szállítottak Belzecbe, ahol mindnyájukat megölték. A legtöbb áldozat Dél-Lengyelország gettóiból származott, de Németország, Ausztria és Csehország területéről is érkeztek zsidó transzportok Belzecbe.

A tábori hatóságot német SS- és rendőrtisztekből álló kisebb alakulat, valamint egy kiegészítő rendőri őrség képezte, amely korábbi szovjet hadifoglyokból és ukrán vagy lengyel civilekből szerveződött. A kivégzőközpont két részét egy keskeny, zárt út kötötte össze egymással, melyet „cső”-nek neveztek, az a hely pedig, ahol a tömeggyilkosságokat elkövették, gázkamrákból és temetőgödrökből állt. A táborban zajló eseményeket a szögesdrót kerítésbe fűzött gallyak és erre a célra ültetett fák takarták el a külső szemlélők elől.

A belzeci vasútállomásra 40-60 kocsiból álló szerelvények futottak be, minden vagonba 80-100 embert zsúfoltak be. Egy-egy alkalommal 20 vagont továbbítottak a táborba, ahol mindenkit kiszállítottak. A német SS- és rendőrségi személyzet azt mondta a deportáltaknak, hogy tranzittáborba érkeztek, és minden értéküket át kell adniuk. Ezután arra kényszerítették őket, hogy vetkőzzenek le, és fussanak át a „csövön”, amely egyenesen a zuhanyzóknak álcázott gázkamrákhoz vezetett. Miután a kamrák ajtaját bezárták, szénmonoxid beeresztésével ölték meg a bent lévőket. Az eljárást aztán megismételték a többi kocsiból kiszállított deportáltakkal: férfiakkal, nőkkel és gyermekekkel.

Az életben hagyott foglyok csoportjait a németek arra kényszerítették, hogy a gázkamrákból távolítsák el a holttesteket, és temessék tömegsírokba őket. Másoknak szét kellett válogatniuk az áldozatok vagyontárgyait, és ki kellett takarítaniuk a vagonokat a következő deportáláshoz. Ezeket a kényszermunkásokat bizonyos idő elteltével szintén megölték, és helyükre másokat állítottak az újonnan érkezők közül. 1942 októberében a német SS- és rendőri személyzet a zsidó fogvatartottakkal megkezdte a tömegsírok exhumálását, a holttesteket pedig elégették a - vasúti pályák anyagából készített - szabadtéri „kemencék”-ben. A csontmaradványok aprításához a németek gépeket használtak. 1943 késő tavaszára a tábort lebontották, június folyamán pedig a még életben maradt zsidó foglyokat vagy lelőtték Belzecben, vagy átszállították Sobibor gázkamráiba. Mielőtt a szovjet csapatok 1944 júliusában elfoglalták a területet, a németek a tábor egész helyszínét felszántották.