Od 19 kwietnia do 16 maja 1943 przeprowadził likwidację getta warszawskiego, podczas której stłumiono w nim powstanie. Efektem było całkowite zburzenie i zlikwidowanie getta oraz śmierć tysięcy jego mieszkańców. W trakcie akcji hitlerowcy dopuszczali się szczególnie wielkich okrucieństw i zbrodni na mieszkańcach getta, oraz przeprowadzili mnóstwo masowych egzekucji – Stroop rozkazał zwalczać bojowników żydowskich ogniem, nakazując podpalanie wszystkich schronów, bunkrów i kryjówek. Osobiście wysadził w powietrze Wielką Synagogę. Sporządził także sprawozdanie o całej operacji dla Heinricha Himmlera w formie albumu, będącego ważnym dowodem popełnionych przez niego zbrodni (m.in. był on dowodem w procesie norymberskim).