Pada bulan November 1941, pemerintah Jerman memulai pembangunan pusat pembantaian di atas bekas lokasi kamp buruh di wilayah tenggara Polandia yang diduduki. Pusat pembantaian Jerman kedua, Belzec, mulai beroperasi pada tanggal 17 Maret 1942. Dari bulan Maret hingga Desember 1942, Jerman mendeportasi sekitar 434.500 orang Yahudi dan orang Kristen Polandia serta Roma (Gipsi) yang tidak diketahui jumlahnya ke Belzec, untuk dibantai. Sebagian besar korban adalah orang Yahudi dari ghetto di Polandia selatan. Jerman juga mendeportasi orang Yahudi Jerman, Austria, dan Cheska ke Belzec.

Satu saf tahanan yang tiba di kamp pembantaian Belzec.

Pihak berwenang di pusat pembantaian terdiri atas sekelompok kecil staf SS dan petugas kepolisian Jerman serta kesatuan penjaga pembantu polisi yang terdiri atas bekas tahanan perang Soviet dan warga sipil Ukraina atau Polandia. Jalan sempit tertutup yang dinamakan "pipa" menghubungkan dua bagian pusat pembantaian. Area tempat dilakukannya pembantaian massal meliputi kamar gas dan lubang penguburan. Ranting-ranting yang dililitkan pada pagar kawat berduri dan pohon-pohon yang ditanam di sekeliling perbatasan menyamarkan operasi yang berlangsung di dalam kamp.

Kereta yang terdiri dari 40 hingga 60 gerbong barang, dengan mengangkut 80 hingga 100 orang yang berdesak-desakan di masing-masing gerbongnya, tiba di stasiun kereta api Belzec. Dua puluh gerbong barang dimasukkan ke kamp setiap kalinya. Orang Yahudi yang tiba diperintahkan untuk turun. Anggota SS dan kepolisian Jerman mengumumkan bahwa orang Yahudi yang dideportasi telah tiba di kamp transit dan diperintahkan untuk menyerahkan semua barang berharga. Mereka dipaksa untuk melepaskan pakaian dan berlari melalui "pipa," yang langsung mengarah ke kamar gas yang disamarkan dengan nama ruang mandi. Begitu pintu kamar gas dikunci, karbon monoksida segera disalurkan ke dalamnya, sehingga membunuh semua orang yang berada di dalamnya. Proses ini kemudian diulangi bagi para laki-laki, wanita, dan anak-anak yang dideportasi dalam 20 gerbong barang berikutnya.

Sejumlah kelompok tahanan dibiarkan hidup untuk melakukan kerja paksa mengeluarkan mayat dari kamar gas lalu menguburkannya dalam kuburan massal. Tahanan lain dipaksa untuk menyortir harta milik korban dan membersihkan gerbong barang untuk deportasi berikutnya. Staf kamp membantai para pekerja paksa ini secara berkala, dan menggantikannya dengan tahanan yang baru datang. Pada Oktober 1942, anggota SS dan kepolisian Jerman memerintahkan sekelompok tahanan Yahudi untuk mulai menggali kuburan massal di Belzec lalu membakar mayat-mayat tersebut di "oven" terbuka yang terbuat dari rel kereta api. Pemerintah Jerman juga menggunakan mesin untuk menghancurkan serpihan tulang menjadi bubuk. Pada akhir musim semi tahun 1943, kamp tersebut dibongkar. Selama bulan Juni 1943, tahanan Yahudi yang tersisa ditembak di Belzec atau dideportasi ke pusat pembantaian Sobibor untuk dibantai dengan gas. Setelah Belzec dibongkar, pemerintah Jerman meratakan lokasi tersebut. Tentara Soviet menyerbu wilayah tersebut pada bulan Juli 1944.