Plan buntu zakładał wysadzenie krematoriów, podpalenie baraków, przecięcie drutów i masową ucieczkę. Więźniowie dysponowali prymitywnymi granatami, wykonanych z materiału wybuchowego zdobytego od więźniarek pracujących przy demontażu starych samolotów.

7 października 1944 r. rano obozowy ruch oporu zawiadomił buntowników, że SS zamierza zgładzić 300 członków Sonderkommanda. Żydzi postanowili walczyć. Organizatorami buntu, oprócz Gradowskiego, byli polscy Żydzi: Jankiel Handelsman, Josef Deresiński, Josef Darębus. Sygnałem do walki miało być podpalenie krematorium.

Shlomo Venezia, zmarły w 2012 r. członek Sonderkommanda, wspominał, że najważniejsza część buntu miała się rozegrać w krematorium II. Więźniowie planowali, że zaatakują wartowników SS, którzy każdego dnia o godz. 18.00 przechodzili w pobliżu bramy idąc do wieżyczek, zabiją ich i zdobędą broń. To miał być sygnał do walki. Esesmani przyszli jednak po godz. 13., by zabrać więźniów z krematorium IV. Zostali zaatakowani. Więźniowie byli uzbrojeni w kamienie, młotki i siekiery. Podpalili krematorium. Akcję podjęli także osadzeni w krematorium II. Zgładzili m.in. kapo.

Ocaleni opowiedzieli nam, co zrobili z Karlem, niemieckim kapo, tym pospolitym kryminalistą, który najprawdopodobniej doniósł o planowanym buncie. Ogłuszyli go i tak jak stał, w ubraniu wrzucili do pieca.

– relacjonował Venezia. Następnie przecięli druty obozowe i zaczęli uciekać w stronę wsi Rajsko. Tam zabarykadowali się w stodole. Niemcy obrzucili ją granatami wzniecając pożar. Wielu Żydów zabili seriami z karabinów maszynowych. W walce zginęło ok. 250 więźniów. Byli wśród nich organizatorzy buntu. Ok. 200 zatrzymanych rozstrzelano wkrótce potem.

Zebrano nas przy krematorium. Przemawiał komendant. Pytał, czy zdajemy sobie sprawę z tego, co zrobiliśmy? Powiedział, że poniesiemy konsekwencje. Kazano nam położyć się twarzą do ziemi, ręce do tyłu i rozstrzeliwano co trzeciego. 

– wspominał więzień Sonderkommando Henryk Mandelbaum.

Liczba osób w Sonderkommando zmniejszyła się po buncie z 663 do 212. Pozostałych przy życiu Niemcy umieścili w krematorium III. Po buncie Niemcy wszczęli dochodzenie, skąd więźniowie mieli proch. Ustalili, że dostarczały go żydowskie dziewczęta zatrudnione w fabryce: Roza Robota, Ala Gaertner, Regina Safirsztain i Estera Wajcblum. Zostały powieszone trzy tygodnie przed wyzwoleniem obozu. Henryk Mandelbaum o Sonderkommandzie mówił:

Kiedy trafiłem do niego, było tak, jakbym do piekła trafił. Ja to palenie, wyrywanie zębów mam codziennie przed sobą. Chodzę z tymi obrazami, jem, śpię, tańczę, śpiewam. Tego się nie da wymazać. Mam to we krwi, w całym ciele.