In juli 1942 wordt een vernietigingskamp voltooid, een paar kilomter van het werkkamp. Het vernietigingskamp, ‘Treblinka-II’, is het na Belzec en Sobibor het derde kamp voor de Aktion Reinhardt: het uitmoorden van de Joden in het Generalgouvernement (het door Duitsland wel bezette, maar niet geannexeerde centrale en zuidelijke deel van Polen).
Net als in Belzec bestaat de kampleiding uit SS-ers en politie en zijn de bewakers ‘Trawniki’: Sovjet-krijgsgevangenen en Oekraïners en Polen, die in het plaatsje Trawniki zijn opgeleid.
De Joden worden aangevoerd per trein en en moeten naakt via een gecamoufleerd pad tussen hekken naar de gaskamers rennen, waar ze met koolmonoxide worden vermoord. Een groep Joodse gevangenen – het Sonderkommando – moet de lijken begraven en later, vanaf eind 1942, verbranden. Van tijd tot tijd worden de Joden van het Sonderkommando vermoord en vervangen door mensen uit nieuw aangekomen transporten.
De deportaties naar Treblinka komen vooral uit de regio’s van Warschau en Radom. Tussen eind juli en september 1942 worden 265.000 Joden uit het getto van Warschau in Treblinka vermoord, tussen augustus en november ’42 346.000 Joden uit Radom en omgeving en tussen oktober ’42 en februari ’43 110.000 Joden uit de (wel geannexeerde) regio van Bialystok. Uit het district Lublin worden tenminste 33.300 Joden in Treblinka vermoord. Andere slachtoffers komen uit Griekenland, Macedonië, Duitsland, Oostenrijk, Frankrijk en Slowakije, 8000 via Theresienstadt uit Tsjechië.
Begin 1943 vormen Joden van het Sonderkommando in Treblinka een verzetsgroep. Ze weten dat het kamp binnen niet al te lange tijd buiten bedrijf zal worden gesteld en vrezen dan te worden vermoord. Op 2 augustus 1943 komen ze in opstand. Ze weten wapens uit het wapendepot van het kamp te bemachtigen, maar worden ontdekt voor ze het kamp kunnen overnemen. Dan stormen honderden gevangenen naar de hoofduitgang van het kamp in een poging te ontsnappen. Velen worden met machinegeweervuur gedood, maar ruim 300 gevangenen weten te ontsnappen. Tweederde van de ontsnapten worden weer gepakt en vermoord door de SS, politie of militairen.
De overgebleven circa 500 gevangenen moeten het kamp ontmantelen en worden vervolgens door de SS en Trawniki doodgeschoten.
In Treblinka werden tussen de 875.000 en 925.000 Joden vermoord en naar schatting 1.000 Sinti en Roma.