Efter Tysklands villkorslösa kapitulation i maj 1945 greps Ohlendorf tillsammans med medlemmarna i Dönitzregeringen. Den 3 januari 1946 inkallades han som åklarsidans vittne vid Nürnbergprocessen. I detalj skildrade Ohlendorf bland annat Einsatzgruppe D:s arkebuseringar i Ukraina. Den huvudåtalade, Hermann Göring, reagerade på vittnesmålet och menade att det var onödigt utförligt.