Po sowieckiej agresji na Polskę 17 września 1939 r. w niewoli sowieckiej znalazło się 240-250 tys. polskich jeńców, w tym ponad 10 tys. oficerów. Już 19 września 1939 r. Ławrientij Beria powołał Zarząd ds. Jeńców Wojennych i Internowanych przy NKWD oraz nakazał utworzenie sieci obozów. 

Decyzja o wymordowaniu polskich jeńców wojennych z obozów w Kozielsku, Starobielsku i Ostaszkowie oraz Polaków przetrzymywanych w więzieniach NKWD zapadła na najwyższym szczeblu sowieckich władz partyjnych i państwowych. Jej podstawą było ściśle tajne pismo, które w marcu 1940 r. skierował do Stalina ludowy komisarz spraw wewnętrznych Ławrientij Beria. Oceniając, że wszyscy polscy jeńcy wojenni przetrzymywani w obozach oraz Polacy znajdujący się w więzieniach „są zatwardziałymi, nierokującymi poprawy wrogami władzy sowieckiej”, Beria wnioskował o rozpatrzenie ich spraw w trybie specjalnym, „z zastosowaniem wobec nich najwyższego wymiaru kary – rozstrzelania”. Dodawał, że sprawy należy rozpatrzyć bez wzywania aresztowanych i bez przedstawiania zarzutów, decyzji o zakończeniu śledztwa i aktu oskarżenia. Formalnie wyroki miały być wydawane przez Kolegium Specjalne NKWD.

Powyższe wnioski przedstawione przez szefa NKWD zostały w całości przyjęte 5 marca 1940 r. przez Biuro Polityczne KC WKP(b). Na omawianym piśmie Berii znalazły się aprobujące podpisy Stalina – sekretarza generalnego WKP(b), Klimenta Woroszyłowa - marszałka Związku Sowieckiego i komisarza obrony, Wiaczesława Mołotowa - przewodniczącego Rady Komisarzy Ludowych i komisarza spraw zagranicznych, oraz kilku innych czołowych funkcjonariuszy reżimu sowieckiego.

3 kwietnia 1940 r. NKWD rozpoczęło likwidację obozu w Kozielsku, a dwa dni później obozów w Starobielsku i Ostaszkowie. Z Kozielska 4404 jeńców przewieziono do Katynia i zamordowano strzałami w tył głowy. 3896 jeńców ze Starobielska zabito w pomieszczeniach NKWD w Charkowie, a ich ciała pogrzebano na przedmieściach miasta w Piatichatkach. 6287 jeńców z Ostaszkowa rozstrzelano w gmachu NKWD w Kalininie (obecnie Twer), pochowano zaś w miejscowości Miednoje. Łącznie zamordowano 14 587 osób. Na mocy decyzji z 5 marca NKWD wymordowało także ok. 7300 Polaków przebywających w więzieniach na terenach włączonych do Związku Sowieckiego. Na Ukrainie rozstrzelano 3435 osób (ich groby znajdują się w Bykowni pod Kijowem), a na Białorusi blisko 3,8 tys. (pochowanych prawdopodobnie w Kuropatach pod Mińskiem).

Spośród jeńców z Kozielska, ze Starobielska i z Ostaszkowa ocalała grupa 448 osób (według innych źródeł 395). Byli to ci, których przewieziono do utworzonego przez NKWD obozu przejściowego w Pawliszczew Borze, a następnie przetransportowano do Griazowca.

W sierpniu 1941 r., kilka tygodni po niemieckim ataku na ZSRS, Smoleńsk został opanowany przez oddziały Grupy Armii „Środek”. Już wówczas do niemieckich oficerów zaczęły docierać informacje o grobach znajdujących się w Lesie Katyńskim. Zeznania dotyczące rozstrzeliwania polskich jeńców złożył jeden z funkcjonariuszy NKWD, który dobrowolnie zgłosił się do władz okupacyjnych. O popełnionej tam zbrodni mówili niemieckim żołnierzom również mieszkańcy, którzy w 1940 r. słyszeli strzały dobiegające z głębi lasu oraz przyjeżdżające z pobliskiej stacji „czarne kruki” – autobusy więzienne NKWD. W kwietniu 1943 r. członkowie polskiej delegacji obserwującej ekshumacje w Katyniu zapytali Niemców, dlaczego zlekceważyli pierwsze doniesienia o masowych grobach. Według jednego z oficerów zajmujących się propagandą miejscowe dowództwo nie miało czasu na podejmowanie tej sprawy w toku intensywnych działań na froncie. 

Wiosną 1942 r. informacje o mordzie dotarły do pracujących w okolicach Katynia polskich robotników z Organizacji Todta. Jeden z nich od Polki, żony miejscowego Rosjanina, otrzymał czapkę wyrzuconą przez polskiego podporucznika w czasie przeładowywania Polaków z wagonów więziennych do „czarnych kruków”. Polski oficer miał przy tym krzyknąć: „Jeszcze Polska nie zginęła”. Wkrótce kilku polskich robotników rozkopało mogiły i postawiło brzozowy krzyż. W sierpniu 1942 r. jeden z nich powrócił do Generalnego Gubernatorstwa i przekazał informacje o odkryciu do Armii Krajowej. Prawdopodobnie już wcześniej sprawa zaginięcia polskich oficerów była badana przez władze Polskiego Państwa Podziemnego i wywiad AK, który nie posiadał jakichkolwiek informacji o ewentualnym przekazaniu tych jeńców stronie niemieckiej. Kontakty z rodzinami zaginionych wskazywały, że żaden z nich nie uciekł do rodziny zamieszkałej na terenach pod okupacją Niemiec.

Gdy wiedzą o dokonanej zbrodni dysponowali wyłącznie przywódcy ZSRS oraz polscy robotnicy i niemieccy oficerowie pod Smoleńskiem, na Kremlu rodziło się kłamstwo katyńskie, które było budowane przez kolejne dekady. Po podpisaniu w lipcu 1941 r. układu Sikorski-Majski zakładającego tworzenie armii polskiej w ZSRS z więzionych tam Polaków, polscy dyplomaci rozpoczęli poszukiwania polskich jeńców. Od władz sowieckich słyszeli niewiarygodne wersje wydarzeń, takie jak opowieść o ucieczce polskich jeńców do Rumunii. Do historii przeszła wymiana zdań między gen. Władysławem Sikorskim a Stalinem w trakcie rozmów w grudniu 1941 r. Na pytanie polskiego premiera sowiecki dyktator stwierdził, że tysiące polskich jeńców uciekło do Mandżurii. Wiosną 1942 r. polskie władze zwróciły się do Brytyjczyków o wsparcie w poszukiwaniach. Szef brytyjskiego MSZ Anthony Eden zabronił dyplomatom angażować się w narastający m.in. wokół tej sprawy konflikt polsko-sowiecki. Kwestia ta pojawiła się jednak w raporcie przygotowanym dla Ministerstwa Wojny przez ppłk. Lesliego Hullsa: „Uwięzieni w Kozielsku, Starobielsku i Ostaszkowie po prostu znikli bez śladu (w łącznej liczbie 8300). Od 1940 r. nikt o nich nie słyszał i mimo obietnicy złożonej osobiście przez Stalina gen. Sikorskiemu i gen. Andersowi los tych oficerów pozostaje całkowitą tajemnicą”.

W drugiej połowie lutego 1943 r. Niemcy rozpoczęli pierwsze prace przy rozkopywaniu grobów. Na początku marca informacje o mordzie dotarły do dowództwa Grupy Armii „Środek”. Dopiero miesiąc później sprawą zajęło się Ministerstwo Propagandy. 8 kwietnia szef tego resortu Joseph Goebbels podczas specjalnej narady nakazał maksymalne wykorzystanie sowieckiej zbrodni do celów propagandowych. Niemiecka machina dbała o najmniejsze szczegóły. Zdecydowano, że sowiecki czyn zostanie powiązany z miejscowością Katyń, mimo że bliżej znajdowała się wieś Gniezdowo. Słowo „Katyń” było łatwiejsze do zapamiętania i nie wywoływało skojarzeń ze znajdującym się w Gniezdowie rezerwatem wczesnośredniowiecznych kurhanów.

Planowano również sformowanie delegacji polskich intelektualistów, którzy mieli na miejscu zapoznać się z wynikami niemieckich prac. W tym momencie udało się już rozkopać największą zbiorową mogiłę, w której odnaleziono około 2,5 tys. zwłok polskich oficerów. Jej widok wywołał na członkach polskiej delegacji wstrząsające wrażenie.

W drugim dniu wizyty Polaków w Katyniu, 11 kwietnia 1943 r., niemiecka Agencja Informacyjna „Transocean” w angielskojęzycznej depeszy napisała „o odkryciu masowego grobu ze zwłokami 3000 oficerów polskich”. „Pomiędzy zabitymi znajduje się gen. Smorawiński z Lublina. Niemieckie władze wojskowe obliczają ogólną liczbę zamordowanych i pogrzebanych tam polskich oficerów na 10 tysięcy”. Następnego dnia agencja przekazała bardziej szczegółowe informacje, a o 20:00 o zbrodni poinformowało Radio Berlin. Dopiero wówczas informacje o mordzie obiegły cały świat. 14 kwietnia napisał o niej „gadzinowy” „Nowy Kurier Warszawski”, największa gazeta Generalnego Gubernatorstwa.

15 kwietnia Sowieckie Biuro Informacyjne ogłosiło, że „niemieckie zbiry faszystowskie nie cofają się w tej swojej potwornej bredni przed najbardziej łajdackim i podłym kłamstwem, za pomocą którego usiłują ukryć niesłychane zbrodnie, popełnione, jak to teraz widać jasno, przez nich samych”. Tego samego dnia rząd RP na uchodźstwie polecił swojemu przedstawicielowi w Szwajcarii zwrócić się do Międzynarodowego Czerwonego Krzyża z prośbą o powołanie komisji do zbadania odkrytych grobów.

17 kwietnia 1943 r. strona polska złożyła w tej sprawie oficjalną notę w Genewie, dowiadując się jednocześnie, iż wcześniej także Niemcy zwrócili się do MCK o wszczęcie dochodzenia. Działania władz niemieckich zmierzające do sprowokowania konfliktu pomiędzy aliantami miały wywołać wrażenie, że postępowanie Berlina i polskiego rządu są koordynowane. 

21 kwietnia 1943 r. Stalin wysłał tajne i jednobrzmiące depesze do prezydenta Roosevelta i premiera Churchilla, w których zarzucał rządowi gen. Sikorskiego prowadzenie w zmowie z Hitlerem wrogiej kampanii przeciwko Związkowi Sowieckiemu. „Wszystkie te okoliczności - pisał Stalin - zmuszają Związek Sowiecki do stwierdzenia, że obecny rząd polski […] faktycznie zerwał sojusznicze stosunki z ZSRS i zajął pozycję wroga wobec Związku Sowieckiego”. Formalne zerwanie stosunków dyplomatycznych przez Moskwę z polskim rządem na uchodźstwie nastąpiło w nocy z 25 na 26 kwietnia 1943 r. Był to pierwszy krok sowieckiego dyktatora w kierunku powołania własnego marionetkowego gremium mającego zarządzać podporządkowaną mu Polską. Reakcją aliantów zachodnich były naciski na rząd RP, aby zaprzestał dochodzenia do prawdy o zbrodni o Katyniu. Odtajnione dokumenty brytyjskiego MSZ potwierdzają, że zachodni politycy zdawali sobie sprawę, że przedstawiona przez Niemców wersja wydarzeń w Katyniu jest zgodna z prawdą.

Do osiągnięcia odpowiedniego efektu propagandowego oraz legitymizacji przyszłego reżimu rządzącego Polską Stalin potrzebował „własnego śledztwa”. Po zajęciu Smoleńska pod koniec września 1943 r. przez Armię Czerwoną władze sowieckie powołały specjalną komisję do przeprowadzenia dochodzenia w sprawie Katynia pod przewodnictwem prof. dr. Nikołaja Burdenki. 24 stycznia 1944 r., po ekshumacji 925 odpowiednio spreparowanych ciał polskich oficerów, wspomniana komisja ogłosiła, że zbrodni na Polakach dokonali Niemcy między wrześniem a grudniem 1941 r. 

W sowieckiej narracji ta wersja wydarzeń obowiązywała do roku 1990.