אזור ההשמדה או המחנה העליון, כפי שכינוהו הגרמנים היה בחלק הדרומי – המזרחי של המחנה. שביל רחב ידיים מוביל אותנו אל האנדרטה המרכזית העומדת במקום בו היו תאי הגזים. שטחו של איזור ההשמדה היה 200 על 250 מטר בלבד והוא היה מגודר ומופרד משאר חלקי המחנה. היו בו שלושה תאי גזים, כול אחד היה בגודל של 4 על 4 מטרים. מנוע דיזל שהוצב בסככה, לא רחוק מהמבנה של תאי הגזים, החדיר לתוך התאים גז חד תחמוצת הפחמן באמצעות מערכת צינורות שחוברו לתקרת התאים ובקצה שלהם חוברו ראשי מקלחת רגילים, שיצרו, לשם הטעיה רושם של בית רחיצה.
הכניסה לתאי הגזים הייתה דרך פרוזדור שהיה בחזית הבניין. בין איזור הקבלה לאיזור ההשמדה הוליכה דרך צרה שגדרותיה משני צידיה היו שזורות בענפים, וכינויה היה ה"צינור", הגרמנים כינו אותה "הדרך לשמיים", היהודים כינו אותה "הדרך האחרונה" בדרך הזאת הובלו הקורבנות הערומים מהמקום שבו התפשטו לתוך תאי הגזים.
טכניקת ההשמדה הועתקה ממחנות בלז'ץ וסוביבור, שקדמו לטרבלינקה. ליורדים מהרכבת נאמר שהם הגיעו למחנה מעבר וממנו יישלחו למחנות עבודה, לכן לפני יציאתם להמשך הדרך עליהם לעבור רחצה במקלחות ובגדיהם יעברו חיטוי. בתום ההודעה הוכנסו היהודים למגרש המשלוחים, בשער הכניסה למגרש הופרדו הנשים מהגברים, גברים לצד ימין ונשים לצד שמאל. פעולה זו נעשתה במהירות תוך כדי ריצה, מכות וצעקות השומרים. הנשים והילדים הוכנסו לצריף בצד שמאל של מגרש המשלוחים. שם היה עליהם להתפשט, לגזוז את שער ראשם. ובזמן היותם עירומים נצטוו לרוץ דרך ה"צינור" לתאי הגזים. לאחר שנדחסו לתוך תאי הגזים, המוסווים כמקלחות, הופעל המנוע שהזרים חד – תחמוצת הפחמן. ובתוך פחות מחצי שעה נחנקו כולם. גוויות הנרצחים הוצאו מתוך התאים, הוטלו לבורות וכוסו.
מיד עם גמר רצח הנשים והילדים, נלקחו הגברים , שעד גמר רצח הנשים והילדים הוחזקו עירומים במגרש המשלוחים, גם הם נצטוו לרוץ דרך ה"צינור" אל תאי הגזים. תוך שעה עד שעתיים חוסל משלוח של 20 קרונות.
אולם במשך הזמן התברר שקיבולת תאי הגזים ששטחם הכולל היה 48 מ"ר מהווים צוואר בקבוק בתהליך ההשמדה. אי לכך הוחלט כמו בבלז'ץ ובסוביבור להוסיף תאי גזים חדשים. בתחילת ספטמבר 1942 החלו בבניית תוספת של 10 תאי גז חדשים שבנייתם הסתיימה בתחילת אוקטובר 1942 (לפי מקורות אחרים 6) שטחם הכולל היה 320 מטרים מרובעים. התאים נבנו בתוך מבנה לבנים שבמרכזו היה פרוזדור – הנרצחים נכנסו דרך הפרוזדור והגוויות הוצאו דרך דלתות שנפתחו מבחוץ.
רות דורפמן - תספורת
".... באותו יום עברו תחת ידי מאות נשים.
ביניהן הייתה עלמה צעירה ויפה מאוד, כבת עשרים.
הכרותינו נמשכה רק דקות קצרות, אך שנים ארוכות
לא יכולתי לשכוח אותה.
היא אמרה לי ששמה רות דורפמן, וכבר עברה את בחינות הבגרות,
היא הבינה יפה מה מחכה לה ולא הסתירה זאת ממני.
בעיניה היפות לא ראיתי כל פחד או עצבות, רק כאב וצער ללא גבול.
היא שאלה אותי כמה זמן יהיה עליה לסבול.
עניתי שרק רגעים מספר, ואז כמו אבן נגולה מעל ליבה ודמעות עמדו בעינינו.
לידנו עבר סוכומיל איש ה – S.S. שקטע את שיחתנו
ואני המשכתי לחתוך את שערותיה הארוכות העדינות כמשי.
כשסיימתי התרוממה מהשרפרף ושלחה לעברי מבט ארוך אחרון,
כמו הייתה נפרדת ממני ומעולם אכזר חסר רחמים,
ואט אט התרחקה בדרכה האחרונה.
לאחר רגעים אחדים שמעתי את רעש המכונה המייצרת את גז השריפה
ובדמיוני ראיתי את רות בתוך המון הגופות הערומות ללא רוח חיים."
(מרד בטרבלינקה – שמואל ווילנברג)
בצל תאי הגזים וקברות ההמונים – לא הרחק מתאי הגזים, עמדה לה תזמורת וניגנה, תזמורת שתחילתה בשלושה נגנים מיהודי סטוצק. הנגנים הועמדו לנגן ליד תאי הגזים, כדי שנגינתם תגבר על צעקות האנשים הרצים דרך ה"צינור" אל תאי הגזים.
