На следующий день, 24 марта 1944 года, подразделения римской полиции под командованием гауптштурмфюрера СС Эриха Прибке и гауптштурмфюрера СС Карла Хасса отобрали в тюрьмах и дополнительно задержали на улицах 335 итальянцев (включая 57 евреев).

В 14:00 несколькими партиями жертвы были привезены на грузовиках к Ардеатинским пещерам. Группами по пять человек их заводили в пещеру, где солдаты СС стреляли им в затылок. Согласно подсчётам по окончании казни, было расстреляно 335 человек (что несколько превышало изначально объявленное соотношение 10:1). После этого пещеры были взорваны.

Среди 335 казнённых были заложники, пленные партизаны и просто схваченные на улице мирные жители. Это был социальный срез всего итальянского общества: от пьемонтских аристократов до уличных торговцев из еврейского гетто, от солидных представителей интеллектуальных профессий, врачей и адвокатов до пролетариев — строителей и фабричных рабочих. С географической точки зрения — это были люди со всей Италии. Возраст жертв расстрела разнился от 14 до 74 лет.