Nel maggio 1943 divenne capo medico del campo riservato ai romaní ("zingari") nel Settore BIIe del campo di sterminio di Birkenau; nell'agosto 1944 questo venne smantellato e i deportati che vi risiedevano uccisi nelle camere a gas. In seguito Mengele divenne medico capo del campo principale di Birkenau, sottoposto comunque a Eduard Wirths. 