En mai 1941, il fait l'acquisition d'un hôtel particulier, 21 rue Le Sueur. D'importants travaux y sont effectués: le mur mitoyen est surélevé afin de barrer la vue de la cour et les communs sont transformés en cabinet médical. La police découvrira par la suite une cave aménagée, des doubles-portes, une chambre à gaz dont la porte était équipée d'un judas. A travers ce dernier, il se délecte de l'agonie de ses victimes. Il découvrir aussi un puits rempli de chaux vive.
À partir de 1943, il propose à des personnes menacées de poursuites par la Gestapo de les faire passer clandestinement en Argentine. Ces personnes sont convoquées de nuit, rue Le Sueur, avec une valise contenant bijoux, numéraires, argenterie… Il organise ainsi, sous le nom de "Docteur Eugène", un réseau et recrute des rabatteurs. Tous ces prétendants au départ disparaîtront et n'atteindront jamais l'Argentine... Après avoir découvert le réseau, les Allemands arrêtent et torture Marcel Petiot. Mais ils n'en tirent rien et il est libéré.
Le 9 mars 1944, des voisins alertent les pompiers. Depuis plusieurs jours, ils sont incommodés par les odeurs s'échappant d'une cheminée de l'immeuble de la rue Le Sueur. Après avoir appelé Petiot chez lui et vainement attendu son arrivée, ils pénètrent dans l'immeuble en fracturant une fenêtre. Ils sont vite alertés par l'odeur et le ronflement d'une chaudière. Ils découvrent en descendant dans la cave, des corps humains dépecés, prêts à être incinérés dans la chaudière.
On decouvrira aussi 50 valises et 655 kilos d'objets divers, parmi lesquels un pyjama d'enfant (celui du petit René Keller, disparu avec ses parents).
Ci-dessus, le commissaire Massu enquêtant devant le calorifère qui servait à brûler les restes des victimes.
En fuite, Petiot s'engage dans les FFI sous le nom de "Valéry". Devenu capitaine, il est affecté à la caserne de Reuilly. Le 31 octobre 1944, il est arrêté.
Jugé pour 27 assassinats, il en revendique 63 lors de son procès. Mais il prétend qu'il s'agit de cadavres de collaborateurs et d'Allemands.
Défendu par maître René Floriot, il est jugé du 18 mars au 4 avril 1946. Malgré la très longue plaidoirie (6 heures) de son avocat, il est condamné à mort et guillotiné le 25 mai 1946 à la prison de la Santé à Paris. Ses dernières paroles furent pour ses bourreaux, leur demandant de ne pas regarder car "ça ne va pas être beau".
Ci-dessus, Marcel Petiot à son procès