ב-1960 נלכד בכיר המרצחים הנאצים ויד ימינו של היטלר, אדולף אייכמן, במקום מגוריו בבואנוס איירס על ידי המוסד - בפעולה נועזת שתוכננה ובוצעה בפיקודו של ראש המוסד, איסר הראל. בפעולה השתתפו בין היתר , רפי איתן, צבי מלחין ויהודית נסיהו. אייכמן נחטף ב-11 במאי, והובא לישראל בחשאי ב-21 במאי.
ב-23 במאי הודיע בן-גוריון בכנסת: "עלי להודיע בכנסת, כי לפני זמן מה נתגלה על ידי שירותי הביטחון הישראליים אחד מגדולי פושעי הנאצים, אדולף אייכמן, האחראי - יחד עם ראשי הנאצים - למה שהם קראו 'הפתרון הסופי של בעיית היהודים', כלומר השמדת שישה מיליונים מיהדות אירופה".
"אדולף אייכמן כבר נמצא במעצר בארץ", הוסיף ראש הממשלה הראשון, "והוא יעמוד בקרוב למשפט בישראל בהתאם לחוק לעשיית דין בנאצים ובעוזריהם תש"י - 1950".
לאחר שנחטף לישראל, הוצא נגד אייכמן צו מעצר שהוארך מידי פעם עד לסיום שלבי החקירה שארכה כתשעה חודשים. בעת שהותו בכלא הישראלי היה חשש כי הוא ינסה להתאבד ולכן הוצבה עליו שמירה במשך 24 שעות ביממה. בסיום החקירה הוגש נגדו כתב אישום הכולל 15 סעיפים חמורים.
משפטו של אדולף אייכמן נערך בבית המשפט המחוזי בירושלים, בפני השופטים משה לנדוי, ד"ר בנימין הלוי ויצחק רווה. בראש התביעה עמד היועץ המשפטי לממשלה, גדעון האוזנר, ועל הנאשם הגן עורך הדין הגרמני ד"ר רוברט סרווציוס, שהגן גם על נאשמים אחדים במשפטי נירנברג. הדיון הראשון נערך ב-11 באפריל 1961.
ב-15 בדצמבר 1961 נמצא אייכמן אשם ונידון למוות. ב-29 במאי 1962 דחה בית המשפט העליון את הערעור של אייכמן ואישר את גזר הדין. אייכמן הגיש בקשת חנינה שהובאה בפני נשיא המדינה יצחק בן צבי. הנשיא דחה את הבקשה וכתב בכתב ידו על גבי מסמך הבקשה את דברי הנביא שמואל: "כאשר שכלה נשים חרבך, כן תשכל מנשים אמך".
בלילה שבין 31 במאי ל-1 ביוני, לאחר סירוב הנשיא לחנינה, הוצא אייכמן להורג בתלייה. גופתו נשרפה בחצר כלא רמלה ואפרו פוזר בים מחוץ למים הטריטוריאליים של מדינת ישראל, על מנת שלא יהיה לו מקום קבורה שיהפוך לאתר מקודש לניאו נאצים בגרמניה ובעולם.
זו הייתה הפעם היחידה בתולדות מדינת ישראל שגזר דין מוות, שנגזר על נאשם במשפט פלילי, בהליך תקין, הוצא לפועל.