Німецька армія окупувала Київ 19 вересня і з наступного дня спеціальні підрозділи СС почали підготовку виконання наказу Гітлера про знищення усіх євреїв і радянських офіційних осіб. Перший розстріл відбувся 27 вересня — були знищені 752 пацієнта психіатричної лікарні ім. Івана Павлова, яка знаходилась поблизу Бабиного Яру. Цього ж дня німецьким комендантом міста було видано наказ усім євреям разом з речами з'явитись 29 вересня з документами і цінними речами в збірний пункт біля Бабиного Яру для евакуації.
Зранку 29 вересня понад 30 тисяч євреїв прибули на північну околицю Києва невеликими групами. Їх розстрілювали по 30-40 чоловік і скидали в рів. Після того як він наповнювався 2-3 рядами тіл, мертвих присипали землею. За два дні у Бабиному Яру зондеркомандою 4а під командуванням штандартенфюрера Пауля Блобеля і за підтримки двох підрозділів полку поліції «Південь» було розстріляно 33 771 чоловік. Наступні розстріли євреїв відбулись 1, 2, 8 і 11 жовтня 1941 року.
Протягом 1941-43 років у Бабиному Яру було розстріляно 621 члена Організації українських націоналістів, 100 матросів Дніпровського загону Пінської воєнної флотилії, знищено 5 циганських таборів. На сьогодні найбільш достовірною цифрою жертв Бабиного Яру вважається та, що оприлюднена на Нюрнберзькому процесі над головними військовими злочинцями – близько 100 тисяч осіб (згідно з висновками спеціальної державної комісії для розслідування нацистських злочинів під час окупації Києва).
Крім того, у Сирецькому концтаборі, де утримувались колишні комуністичні активісти, підпильники і військовополонені, за роки війни загинуло більше 25 тисяч осіб. Коли почався відступ німецької армії з території СРСР, нацисти намагались сховати сліди злочинів - їм вдалось ексгумувати частину тіл і спалити їх, але залишились численні свідки і криміналістичні докази розстрілів мирного населення Києва.
У повоєнний час пройшли судові процеси над винуватцями розстрілів у Бабиному Яру. Начальник айнзацгруппи Пауль Блобель був засуджений до страти, генерал-майор Курт Еберхард, який віддав наказ про розстріл, помер, не дочекавшись вироку; генеральний комісар Києва Гельмут Квітцрау до відповідальності не притягувався і помер в 1999 році.