Selama Holocaust, SS membantai sedikitnya 152.000 orang di pusat pembantaian Chelmno, sekitar 30 mil barat laut Lodz, Polandia. Tempat ini adalah fasilitas permanen pertama di mana gas beracun digunakan untuk pembantaian massal kaum Yahudi. Pusat pembantaian ini terdiri dari kompleks puri di kota Chelmno dan wilayah terbuka yang luas dalam hutan di dekatnya. Staf dan penjaga kamp tinggal di gedung lain di dalam kota. Kompleks puri dan kamp di hutan dikelilingi pagar kayu yang tinggi.

SS dan polisi memulai operasi pembantaian di Chelmno pada tanggal 8 Desember 1941. Para korbannya awalnya adalah warga Yahudi di wilayah sekitar yang diangkut dengan truk ke Chelmno. Pejabat SS, biasanya memakai jubah putih seperti dokter, memberi tahu orang-orang yang dideportasi bahwa mereka akan diberangkatkan ke Jerman untuk menjadi buruh, tetapi harus mandi terlebih dahulu. Para warga Yahudi itu diarahkan ke rumah tempat mereka dipaksa membuka pakaian dan menyerahkan barang berharga mereka. Penjaga mengarahkan para tahanan yang telanjang ini menuruni jalan penghubung (ramp) dan masuk ke bagian belakang sebuah truk besar yang dapat menampung 50-70 orang. Bila truk sudah penuh, pintunya ditutup dan dikunci. Seorang mekanik memasangkan tabung ke pipa knalpot van dan menyalakan mesin, sehingga memompa gas karbon monoksida ke dalam truk untuk membantai para tahanan dengan membuat mereka mati lemas. Setelah tabung dilepas, van yang penuh dengan mayat ini dikemudikan ke kamp di hutan, di mana mayat-mayat tersebut dimasukkan ke dalam kuburan massal. Semua tahanan yang masih hidup ditembak.

Pada tanggal 16 Januari 1942, SS dan kepolisian mulai mendeportasi kaum Yahudi dengan menggunakan kereta barang yang penuh sesak dari ghetto Lodz ke Chelmno. Kereta barang ini mengangkut orang Yahudi yang berasal dari Jerman, Austria, Bohemia dan Moravia serta Luksemburg. Korban lain yang dibantai di Chelmno termasuk ribuan orang Roma (Gipsi), serta beberapa ratus orang Polandia dan tahanan perang Soviet. Beberapa lusin tahanan Yahudi dipaksa membuang mayat dari van gas dan menguburnya di kuburan massal. Karena kuburan yang cepat penuh dan bau mayat membusuk mulai menyebar ke desa sekitar, pada musim panas tahun 1942, SS dan kepolisian memerintahkan agar mayat-mayat itu dibakar di "oven" terbuka yang terbuat dari rel kereta api. SS dan kepolisian membunuh pekerja paksa ini secara berkala, dan menggantikannya dengan tahanan yang baru datang.

SS dan kepolisian melakukan operasi pembantaian di Chelmno hingga Maret 1943 kemudian dilanjutkan selama periode singkat pada bulan Juni-Juli 1944 guna memfasilitasi pembubaran ghetto Lodz. Mulai bulan September 1944, sekelompok tahanan Yahudi dipaksa untuk menggali dan mengkremasi semua mayat yang tersisa dari kuburan massal untuk memusnahkan bukti pembantaian massal. SS dan kepolisian menembak sekitar setengah dari kelompok yang terdiri atas 80-orang ini setelah pekerjaan ini selesai. Pihak Jerman meninggalkan pusat pembantaian Chelmno pada tanggal 17 Januari 1945, saat tentara Soviet mendekat.