Żydzi byli w mniejszości (około 1,5 tys. osób). Okupacja niemiecka przyniosła zagładę ludności żydowskiej. Pierwsza akcja eksterminacyjna odbyła się 7 sierpnia 1941, zginęło w niej według różnych źródeł 380–450Холокост на территории СССР: Энциклопедия, Moskwa 2009, , s. 330. Żydów. Według Władysława i Ewy Siemaszków zbrodnia odbyła się dzień później i pochłonęła ponad 200 ofiar, w tym 22–30 Polaków i kilkunastu Rosjan. Według nich ofiary zostały wybrane przez Ukraińców, a egzekucji dokonało SS. W czerwcu 1942 roku Niemcy utworzyli w Zdołbunowie getto, do którego dosiedlono także Żydów z okolicznych wsi. Getto zostało zlikwidowane 13 października 1942; Żydów w liczbie około 1,7 tys. doprowadzono pod wieś Staromylsk i tam rozstrzelano. Zbrodni dokonywało Sicherheitsdienst z Równego przy udziale niemieckiej żandarmerii i ukraińskiej policji. Polacy Halina Kostańska, Franciszek i Sabina Celedowie oraz Jan i Helena Plećkowie nieśli pomoc Żydom w Zdołbunowie, za co po wojnie Instytut Jad Waszem uhonorował ich tytułami Sprawiedliwych wśród Narodów Świata.
Podczas rzezi wołyńskiej do Zdołbunowa ściągali polscy uchodźcy z eksterminowanych wiosek liczący na ochronę załogi niemieckiej. UPA nie dokonała ataku na miasto.