Od czerwca 1941 do 13 stycznia 1942 roku Blobel dowodził oddziałem Sonderkommando 4a wchodzącym w skład Einsatzgruppe C. Jego jednostka działała na okupowanych wschodnich terenach II RP i sowieckiej Ukrainy, dokonując masowych morderstw na Żydach m.in. w Łucku, Dubnie, Żytomierzu i Berdyczowie. Podległy mu pododdział Augusta Häfnera dokonał także głośnej masakry 90 żydowskich sierot z Białej Cerkwi. Po upadku Kijowa Blobel dowodził wielką masakrą Żydów kijowskich w Babim Jarze (29 i 30 września 1941). W listopadzie 1941 roku Blobel otrzymał i uruchomił pierwsze mobilne komory gazowe w Połtawie.
13 stycznia 1942 został odwołany ze stanowiska dowódcy Sonderkommando 4a z powodów zdrowotnych (spowodowanych alkoholizmem Blobela). W sumie oblicza się, iż jest on odpowiedzialny za śmierć ok. 60 tysięcy osób. Następnie został kierownikiem tzw. akcji 1005. Jego zadaniem było usunięcie wszelkich śladów dokonanych przez nazistów zbrodni. Blobel kierował akcją z Łodzi, a jego bezpośrednim przełożonym był szef gestapo Heinrich Müller. Jego oddziały (tzw. Sonderkommanda 1005) w 1943 ekshumowały zwłoki pomordowanych ofiar na terenie ZSRR i Polski, a następnie paliły je na specjalnie przygotowanych paleniskach (sposób ten wynalazł sam Blobel i zastosował go po raz pierwszy w Chełmnie nad Nerem, następnie stosowany był on także m.in.