Em novembro de 1941, as autoridades alemãs começaram a construir um centro de extermínio no local de um antigo campo de trabalho escravo situado no sudeste da Polônia ocupada. O segundo centro de extermínio alemão, Belzec, iniciou suas operações no dia 17 de março de 1942. Entre março e dezembro daquele mesmo ano, os alemães deportaram aproximadamente 434.500 judeus e um número indeterminado de poloneses cristãos e de ciganos roma para Belzec, onde foram assassinados. A maioria das vítimas era de judeus oriundos dos guetos do sul da Polônia. Os alemães também deportaram judeus alemães, austríacos e tchecos para Belzec.

As autoridades no centro de extermínio consistiam de uma pequena equipe das SS, oficiais da polícia alemã, além de uma unidade de guardas- auxiliares composta por ex prisioneiros de guerra soviéticos e cidadãos ucranianos ou poloneses. Uma trilha estreita, chamada de "tubo", ligava as duas partes do centro de extermínio. O local onde os prisioneiros eram assassinados em massa incluía câmaras de gás e covas abertas. Trepadeiras eram plantadas junto às cercas de arame farpado e, junto com as árvores ao redor do perímetro do campo, impediam a visão das cruéis operações que ocorriam dentro daquele campo.

Trens com 40 a 60 vagões de carga, com 80 a 100 pessoas amontoadas dentro de cada vagão, chegavam à estação ferroviária de Belzec. Eram levados para o campo vinte vagões de cada vez. Os judeus que chegavam recebiam ordem de desembarcar, e as SS e a polícia alemã anunciavam que aqueles judeus deportados haviam chegado a um campo de trânsito, e que deveriam entregar todos os seus pertences às autoridades. Os judeus eram forçados a tirarem suas roupas e passarem pelo "tubo", o qual levava diretamente às câmaras de gás, enganosamente identificadas como chuveiros onde seriam desinfectados. Assim que as portas da câmara eram seladas, era liberado o monóxido de carbono para dentro, asfixiando todas as pessoas que lá estavam. O processo era repetido com os deportados – homens, mulheres e crianças - dos próximos vagões.

Aqueles prisioneiros selecionados para permanecerem vivos como trabalhadores escravos, removiam os corpos da câmara de gás e enterravam as vítimas em covas coletivas. Outros prisioneiros eram forçados a selecionar os pertences das vítimas e a limpar os vagões para a próxima leva de deportados. Os oficiais do campo periodicamente assassinavam aqueles trabalhadores forçados e os substituíam por outros recém-chegados. Em outubro de 1942, as SS e a polícia, usando grupos de prisioneiros judeus, começaram a exumar as covas coletivas em Belzec e a queimar ao ar livre os corpos em "fornos" feitos com trilhos de trem. Os alemães também utilizavam uma máquina para moer os fragmentos dos ossos e reduzi-los a pó. No segundo semestre de 1943 o campo foi desativado. Em junho de 1943, os prisioneiros judeus que estavam em Belzec foram assassinados a tiros ou deportados para o centro de extermínio de Sobibor, para serem mortos nas câmaras de gás. Depois que Belzec foi desativado, os alemães passaram arados sobre o local para eliminar os vestígios de seus crimes. As forças soviéticas tomaram aquela região dos nazistas no mês de julho de 1944.