Ucieczka była możliwa dzięki pomocy kolegów z obozowej konspiracji. Witold Pilecki wspólnie z Edwardem Ciesielskim i Janem Redzejem zorganizowali fałszywe skierowania do pracy w piekarni. Termin ucieczki ustalono na noc z 26 na 27 kwietnia 1943 r. Pracujący na nocnej zmianie Pilecki i Ciesielski byli ubrani w cywilną odzież, na którą nałożyli obozowe pasiaki. Redzej miał na sobie tylko cywilne ubranie z czerwonymi pasami na marynarce i spodniach. Gdy Pilecki i Ciesielski byli zajęci pracą w piekarni, Redzej wyciągnął schowany klucz i przystąpił do otwierania drzwi.
Uciekinierzy skierowali się na wschód. Łodzią przepłynęli na drugi brzeg Wisły. Później schronili się w lesie, gdzie spędzili dzień. Wieczorem kontynuowali wędrówkę. Przekroczyli granicę z Generalnym Gubernatorstwem. W Alwerni pomógł im miejscowy ksiądz. Dostali tam posiłek i przewodnika. Później szli przez Tyniec, Wieliczkę i Puszczę Niepołomicką.
Pilecki po przybyciu do Bochni nawiązał kontakt z dowództwem miejscowej placówki AK. Znajomy Oborów, Leon Wandasiewicz, zaprowadził go do Nowego Wiśnicza. Tam spotkał się z zastępcą dowódcy. Zabiegał, by AK zaatakowała obóz i uwolniła z niego więźniów. Projekt nie zyskał aprobaty. Oddziały polskie były zbyt słabe, by go skutecznie przeprowadzić. Negatywny stosunek AK do projektu sprawił, że Witold Pilecki pojechał do Warszawy. Pracował później w Kedywie. W Powstaniu Warszawskim walczył najpierw jako zwykły strzelec w kompanii „Warszawianka”, później jako dowódca jednego z oddziałów zgrupowania Chrobry II, w tzw. Reducie Witolda. Po powstaniu trafił do niewoli.
Po wyzwoleniu były żołnierzem II Korpusu we Włoszech. Został zamordowany 25 maja 1948 r. przez komunistów po pokazowym procesie w 1948 r. Zrehabilitowany w 1991 r. Prezydent Lech Kaczyński odznaczył Pileckiego pośmiertnie Orderem Orła Białego.