“我要寻找的是所有受害者的谋杀者，而不仅仅是犹太人的。我将为正义而战。”
通过60多年的不懈努力，维森塔尔将1100多名纳粹逃犯绳之以法，其中最著名就是对盖世太保犹太处长头目阿道夫·艾希曼等三大纳粹恶魔的不懈追捕。
维森塔尔最为人称道的事迹是发现了最大的纳粹战犯之—阿道夫·艾希曼的下落。艾希曼任职的中央保安总局是第三帝国从事大屠杀的关键部门，由他担任处长的犹太人事务处的主要任务，就是在一线捕杀犹太人。加之艾希曼对于犹太人又是刻骨仇恨，对捕杀犹太人异常卖力，他事实上成了“最后解决方案”，也就是对近600万犹太人进行灭绝性大屠杀的前线总指挥。
二战结束后，艾希曼摇身一变成了一名伐木工人，秘密逃至阿根廷躲藏起来。他依靠狡诈多变的手段和分布广泛的关系网，一次又一次逃脱了盟国和犹太复仇者的追捕。1951年，艾希曼被以色列情报部门摩萨德列为最急需抓捕的10名战犯之首。
维森塔尔一直没有放弃对艾希曼的追捕，就算在1954年犹太人档案中心关闭时，他还特地单独保留了艾希曼的档案。直到1959年，一封德国来信使维森塔尔看到了抓捕艾希曼的希望，这时他已经为之不懈努力了将近20年。信是由一位前德国士兵写来的，揭发说艾希曼仍然活着，目前正躲在阿根廷。
其实早在近十年前，也就是1951年，一个前纳粹党卫军官曾表示想和维森塔尔做一笔交易，“你想找到艾希曼并将他绳之以法，我们则想要他手中的金子。”军官开出了条件。原来，残忍而贪婪的艾希曼在屠杀犹太人之前，竟将他们口中的金牙拔下，并提炼成金条。由于对军官开出的条件厌恶已极，维森塔尔拒绝了这笔交易。但从纳粹军官提出的条件可以确定，艾希曼仍然活着。不久，维森塔尔得到消息，艾希曼的家人居家迁往了南美洲，维森塔尔秘密将情报告知了以色列。
艾希曼的妻子一直声称，她早已和“屠夫”丈夫离婚，但维森塔尔发现，她在出席其母亲的葬礼时仍然使用的是婚后的夫姓，这一点让维森塔尔疑窦顿生。
1947年，艾希曼的妻子申请宣告丈夫已经死亡，维森塔尔当然看出其居心是妄图以此逃脱追捕和审判。他小心周旋，最后证明艾希曼妻子找来的“死亡见证人”其实就是艾希曼的小舅子，从而成功地阻止了艾希曼虚假死亡证明书的发放。后来，维森塔尔自己也说，他最大的贡献就是“挫败了宣称艾希曼已死”的谎言。
当时，关于艾希曼的照片非常少，仅有的几张也都模糊不清，这给追捕行动带来极大障碍。维森塔尔想尽办法，终于在艾希曼的家人身上打开缺口。1960年，艾希曼的父亲的去世，维森塔尔雇了两个人秘密拍下出席葬礼的所有人的照片。当然艾希曼并不在送殡的人当中，但和他长得几乎一模一样的兄弟奥托的照片却被清晰地拍摄了下来。
为了弄到艾希曼的一张照片，维森塔尔还不惜动用“美男计”。他说服一位工作人员（这人也是集中营的幸存者）故意去和艾希曼的前女友们接近。最后这位工作人员成功地拿到一张艾希曼30年前的旧照，后来这张照片在对艾希曼的审判中也被用到。
维森塔尔将自己收集到的关于艾希曼的所有情报都提供给摩萨德。1960年5月11日晚，阿根廷首都布宜诺斯艾利斯，就在艾希曼走下公共汽车即将步入家门的几分钟内，潜伏在附近的摩萨德特工迅速将其擒获，这时屠夫头子已化名为里卡多·克莱门特，伪装的身份是伐木工人。
摩萨德把他送回以色列接受审判，由于人证、物证、旁证一应俱全，艾希曼毫无可以抵赖的余地，只得老老实实地供认自己的线日夜，满手血腥的艾希曼终于被判处绞刑。
维森塔尔的不懈追踪吓得躲藏在各地的纳粹战犯心惊胆战。除艾希曼之外，他最有名的“猎捕”对象还包括奥地利盖世太保卡尔·西尔伯鲍尔，他曾是荷兰纳粹党卫军的一名军士长。就是这个西尔伯鲍尔把著名的《安妮日记》的作者、犹太女孩安妮·弗兰克逮捕。安妮在集中营里写下震撼人心的《安妮日记》，并最终被残害致死。
1944年8月4日，在一名长官的授意下，西尔伯鲍尔带着几个手下突袭了荷兰阿姆斯特丹的一个犹太人藏身处，安妮和她的父母、姐姐当时都躲在这里。随后，他们和另外几位难友被投进了卑尔根-贝尔森集中营。后来，在一同被捕的十人当中，仅幸存了三人。1947年，《安妮日记》的发表，促使人们对希特勒发动的侵略战争及其造成的灾难进行反思，但当时德国的一些极右翼分子叫嚣《安妮日记》是部虚构的作品。1954年，《安妮日记》英文版都已经出版两年，西尔伯鲍尔不仅仍逍遥法外，竟还当上了维也纳警察。
幸好“纳粹猎手”维森塔尔一直没有放弃对罪犯的追捕。1948年，他找到了当年和安妮一同被捕的三名幸存者，其中包括安妮的父亲，随后他根据三人的指证追查到当年协助围捕行动的两名荷兰纳粹安全警察。两个警察表示对当年的行动所知不多，但却提供了一条关键信息，他们记得行动指挥官的名字叫做卡尔·西尔伯鲍尔。
相信安妮这个人和她所描写的大屠杀的存在，除非维森塔尔能找到抓捕安妮的人才会让他改变看法。年轻人的说法促使维森塔尔下定决心揪出将安妮推上死路的罪犯，从此开始了长达五年的追凶。他通过各种渠道收集情报，甚至翻遍了所有在荷兰的盖世太保的电线年，维森塔尔才在维也纳发现西尔伯鲍尔的行踪。在审判席上，西尔伯鲍尔承认：“我逮捕了安妮·弗兰克。”
西尔伯鲍尔被捕后，关于《安妮日记》虚假性的传言不攻自破。后来，维森塔尔还常常提到此案，以强调追捕工作的重要性和必要性。