3 kwietnia 1940 roku z obozu w Kozielsku wyruszył pierwszy transport jeńców kierowanych na egzekucję do Katynia. Wiosną 1940 roku NKWD rozstrzelało prawie 22 tys. obywateli Polski (w tym ponad 10 tys. oficerów Wojska Polskiego i Policji Państwowej).
2 marca 1940 roku Ławrientij Beria, szef NKWD, skierował do Stalina tajną notatkę nr 794/B, w której uznał polskich jeńców wojennych za „zdeklarowanych i nie rokujących nadziei poprawy wrogów władzy sowieckiej”. W dokumencie zaproponował ich rozstrzelanie. Notatka ta została zatwierdzona przez najwyższych przywódców ZSRR, w tym samego Stalina, Woroszyłowa, Mołotowa i Mikojana, co przypieczętowało los tysięcy Polaków. 5 marca 1940 roku Biuro Polityczne KC WKP(b) wydało tajną decyzję nr P13/144, będąca podstawą do rozpoczęcia egzekucji.
22 marca 1940 roku Beria wydał kolejny tajny rozkaz nr 00350, który nakazywał „rozładowanie” więzień NKWD na terenach Ukrainy i Białorusi. To właśnie tam przetrzymywano głównie obywateli polskich. Akcja mordowania ofiar była realizowana według list dyspozycyjnych przysyłanych z Moskwy.
Egzekucji dokonywano metodą strzału w tył głowy, zgodnie z wypróbowaną procedurą NKWD. W ramach zbrodni katyńskiej zamordowano co najmniej 21 768 osób, w tym 14 463 jeńców wojennych z obozów w Kozielsku, Ostaszkowie i Starobielsku oraz 7305 więźniów politycznych z innych obozów i więzień na okupowanych przez ZSRR Kresach Wschodnich. Wśród ofiar znaleźli się nie tylko oficerowie Wojska Polskiego, ale także naukowcy, lekarze, inżynierowie, nauczyciele i urzędnicy, czyli elita intelektualna II Rzeczypospolitej. Zamordowano również funkcjonariuszy Policji Państwowej, Korpusu Ochrony Pogranicza, Straży Granicznej i Służby Więziennej, a także kilka tysięcy cywilów osadzonych w więzieniach.
Zbrodnia katyńska była przez pięć dekad przedmiotem kłamstwa i manipulacji historycznej. Przez cały okres istnienia ZSRR jego władze zaprzeczały odpowiedzialności za masakrę. Dopiero 13 kwietnia 1990 roku Związek Radziecki oficjalnie przyznał, że mord na polskich oficerach był „jedną z ciężkich zbrodni stalinizmu”. Współcześnie, zgodnie z uchwałą Sejmu RP, zbrodnia katyńska ma znamiona ludobójstwa i jest kwalifikowana jako zbrodnia wojenna, zbrodnia przeciwko ludzkości, zbrodnia przeciwko pokojowi oraz zbrodnia komunistyczna.