W 1940 roku rotmistrz Pilecki dobrowolnie poddał się aresztowaniu w łapance. Został wywieziony do niemieckiego obozu koncentracyjnego i zagłady Auschwitz, by tam organizować ruch oporu i prowadzić działalność wywiadowczą. Miał numer 4859. Zbierał informacje między innymi o zagładzie Żydów, był autorem pierwszych na świecie doniesień o Holocauście, tzw. Raportów Pileckiego. W Auschwitz przebywał dwa i pół roku, uciekł zagrożony dekonspiracją. Później walczył w Powstaniu Warszawskim. Po wojnie działał w tzw. drugiej konspiracji.

Aresztowany przez bezpiekę w 1947 roku, został oskarżony o działalność szpiegowską i walkę z komunizmem. W areszcie był bestialsko torturowany. Podczas ostatniego widzenia z żoną rotmistrz powiedział, że "Oświęcim to była igraszka".

Wyrok śmierci wydany na Witolda Pileckiego został utrzymany w mocy przez Najwyższy Sąd Wojskowy 3 maja 1948 roku. Rotmistrz został stracony trzy tygodnie później - 25 maja 1948 roku, o godzinie 21.30 - w więzieniu mokotowskim na Rakowieckiej, strzałem w tył głowy. Prawdopodobnie został pochowany w zbiorowej mogile w Kwaterze na Łączce na warszawskich Powązkach. Prace poszukiwawcze trwają.

Proces sądowy trwał od 3 do 15 marca 1948 roku. Propaganda komunistyczna nazywała oskarżonego "zdrajcą" i "płatnym najemnikiem imperialistów". Prokuratorem oskarżającym Pileckiego był major Czesław Łapiński, przewodniczącym składu sędziowskiego - podpułkownik Jan Hryckowian - obaj dawni oficerowie AK, sędzią - kapitan Józef Brodecki. Skład sędziowski - jeden sędzia i jeden ławnik był niezgodny z ówczesnym prawem. Wraz z rotmistrzem sądzono 7 innych osób, między innymi Marię Szelągowską i Tadeusza Płużańskiego - oboje zostali skazani na karę śmierci, zamienioną potem na dożywocie.

Prezydent Bolesław Bierut nie zgodził się na ułaskawienie Witolda Pileckiego. O wstawiennictwo proszono też ówczesnego premiera Józefa Cyrankiewicza, byłego więźnia obozu w Auschwitz. Ten nie tylko nie pomógł, ale przywłaszczył sobie legendę rotmistrza, to o Cyrankiewiczu mówiono, że tworzył konspirację w Auschwitz.

Wyrok skazujący Witolda Pileckiego został unieważniony w 1990 roku, przez Sąd Najwyższy. W 2006 roku rotmistrz został pośmiertnie odznaczony Orderem Orła Białego, w 2013-tym - awansowany do stopnia pułkownika.

W rocznicę stracenia rotmistrza Pileckiego - 25 maja - obchodzimy Międzynarodowy Dzień Bohaterów Walki z Totalitaryzmem, ustanowiony w 2019 roku przez Parlament Europejski. Przyjmując rezolucję, europosłowie podkreślili, że agresja, jakiej doświadczyła Polska w 1939 roku, miała podwójne oblicze - zarówno ze strony hitlerowskich Niemiec, jak i stalinowskiej Rosji, a Witold Pilecki jest "przykładem heroicznego sprzeciwu wobec tyranii, prawdziwej miłości wobec ludzi i właściwej postawy w obliczu totalitarnego zniewolenia".