19 września 1940 roku rotmistrz Pilecki, jako ochotnik, pozwolił się ująć Niemcom podczas łapanki w Warszawie po to, by dwa dni później – jako Tomasz Serafiński – trafić do Auschwitz. Jego heroiczna misja miała dwa cele: zebrać informacje wywiadowcze o tym, jak funkcjonuje okryty złą sławą obóz i, w miarę możliwości, zorganizować tam ruch oporu współpracujący z polskim podziemiem.

W obozie, nazywanym „fabryką śmierci”, spędził dwa lata i siedem miesięcy. Wysyłał stamtąd do Komendy Głównej Związku Walki Zbrojnej Armii Krajowej meldunki o sytuacji w obozie. Zbudował też liczącą ponad ośmiuset więźniów siatkę konspiracyjną o nazwie Związek Organizacji Wojskowej. Na ucieczkę z Auschwitz zdecydował się dopiero w 1943 roku. Uciekł stamtąd, wraz z dwoma współwięźniami, Janem Redzejem i Edwardem Ciesielskim, w nocy z 26 na 27 kwietnia 1943 roku.

Pośmiertnie odznaczono go Krzyżem Komandorskim Orderu Odrodzenia Polski i Orderem Orła Białego. W roku 2013 awansowano do stopnia pułkownika. Jego imię nosi dziś wiele szkół, jednostek harcerskich, organizacji ulic i instytucji. W Ostrowi Mazowieckiej działa też Muzeum – Dom Rodziny Pileckich.

W całej Polsce stawiane są też pomniki Rotmistrza Pileckiego. Ten w Opolu jest autorstwa profesora Mariana Molendy pracownika wydziału Sztuki Uniwersytetu Opolskiego.