A tömeggyilkosságok hatékony kivitelezése érdekében a nácik kivégzőközpontokat állítottak fel. A koncentrációs táboroktól eltérően – amelyek elsődleges célja az elzárás, illetve a munkaszolgálat volt – a kivégzőközpontok (vagy más néven haláltáborok) szinte kizárólag „halálgyár”-ként üzemeltek. A német SS és a rendőrség közel 2 700 000 zsidót végzett ki a haláltáborokban elgázosítás vagy golyó által. Az első ilyen központot Chelmno városában hozták létre, amely a németek által 1941 decemberében megszállt lengyel területen volt. Itt mozgó gázkamrákban mérgeztek meg főként zsidókat, de sok roma származású embert is. 1942-ben további haláltáborok létesültek Belzecben, Sobiborban és Treblinkában (gyűjtőnevükön: a Reinhard-hadművelet táborai) azzal a céllal, hogy Lengyelország zsidó lakosságát szisztematikusan kiirtsák. Ezekben a központokban 1942 márciusa és 1943 novembere között mintegy 1 526 500 zsidót ölt meg az SS és a kisegítő szervei.

A haláltáborokba érkező deportáltak túlnyomó többségét azonnal a gázkamrákba küldték. A legnagyobb ilyen központ az auschwitz-birkenaui komplexum volt, amelyben 1943 tavaszára négy (ciklon-B mérges gázzal működő) gázkamra üzemelt. A deportálások csúcspontján naponta 6000 embert gyilkoltak meg ezen a helyen, 1944 novemberére pedig már több mint egymillió zsidó és több tízezer roma, lengyel, valamint szovjet hadifogoly volt az áldozatok listáján. Mivel az SS a haláltáborok létezését szigorúan bizalmas információként kezelte, a gyilkosságok minden nyomát megpróbálták eltüntetni: a foglyok külön csoportjait arra kényszerítették, hogy távolítsák el a holttesteket a gázkamrákból, és égessék el őket, bizonyos táborok környékét pedig átalakították vagy álcázták, hogy leplezzék a sok millió ember elpusztítását.