Drugiego dnia po bitwie dowódca kozacki Bohdan Chmielnicki wydał osobisty rozkaz w którym nakazał w dniach 3-4 czerwca wymordować polskich jeńców wojennych. Miał przy tym powiedzieć zdechły pies nie kąsa. Przeciwko masowemu morderstwu na polskich jeńcach wojennych zaprotestowali Tatarzy krymscy, którzy notabene już podczas rzezi niejednokrotnie w swoich obozach ukrywali i ocalili Polaków. Dla Tatarów każdy jeniec pozostawiony przy życiu był inwestycją, bowiem za jego uwolnienie rodziny płaciły sowity okup. Chmielnicki odrzucił żądania Tatarów krymskich co do pozostawienia Polaków przy życiu jednocześnie płacąc im stosowne należności za „każdą głowę”, następnie przekazał jeńców pod noże Kozaków i Tatarów nogajskich.

Chmielnickim podczas wydawania tego rozkazu kierowała przede wszystkim nienawiść do Polaków, ale także pragmatyzm, bowiem zdawał sobie sprawę doskonale z tego iż pozbawiając Rzeczpospolitą elity żołnierskiej zada jej brutalny cios. Wojciech Jacek Długołęcki twierdzi, że rzeź polskich żołnierzy nie miała być odwetem za porażkę Chmielnickiego pod Beresteczkiem w czerwcu 1651 roku jak to podawali niektórzy historycy, ale hetmanowi kozackiemu szło o coś więcej: odzyskanie prestiżu, nieco ostatnio nadszarpniętego, wśród kozaczyzny, a także powstrzymanie w armii Tatarów, którzy mając w ręku cennych jeńców udaliby się spiesznie na Krym.

  Tatarowie zwyciężonych i niewolników w pień wycinać nie chcieli. Kozacy zapłacili w dwójnasób za każdą głowę i zmusili Tatarów do rzezi. Sami byli tylko widzami tego dzikiego mordu, pilnując aby się kto nie wymknął. Spod ziemi, jak mówią dobywali, oddając Tatarom. Tego mordu nie można przypisać nienawiści szczególnej Kozaków Rusi do Polski, lub pomście za krzywdy od Polski doznane. Był to prosty skutek zwierzęcej w ludziach natury, która gdy się rozbestwi krwi wylewem, w dzikości jest wyuzdaną i straszną. Tak zawsze bywało. W każdej domowéj wojnie zawziętość, zapalczywość jest najwyższą. W r. 1652 spełnili najdziksze morderstwo pod Batowem, w roku 1654 Pod Buszą sami siebie najokrutniej zabijali.

Pod Batohem doszło do masakry bezbronnych osób, a w jej trakcie zginęło prawdopodobnie 3500 doborowych polskich żołnierzy i oficerów. Liczbę ocalałych z pogromu szacuje się na około 1500-2000.

Rzeź przebiegała w następujący sposób: związanych jeńców po kilku wyprowadzano na wyznaczony plac (maidan) na którym Kozacy i Tatarzy nogajscy podrzynali Polakom gardła lub ścinali głowy, niektórzy byli także zakłuwani pikami. Wszystko to odbywało się na oczach pozostałych polskich jeńców podczas oczekiwania w kolejce na swoją śmierć. Oszpeconych ciał nie grzebano. Wśród ofiar masakry znaleźli się m.in. Samuel Kalinowski – syn hetmana dowodzącego pod Batohem, Zygmunt Przyjemski – generał artylerii koronnej i pisarz polny koronny, Jan Odrzywolski – kasztelan czernihowski i weteran walk przeciw Kozakom, Moskwie, Szwecji i Turcji, Marek Sobieski – brat Jana przyszłego króla Polski, Niepokojczycki, Górka i wielu innych. Ciało starego hetmana i dowódcy Kalinowskiego odnalezione przez Kozaków po bitwie w lesie, zostało przez Kozaków ścięte, a głowę jego, zatkniętą na włóczni, obnoszono po zwycięskim obozie. Ocaleli nieliczni, w tym Krzysztof Korycki, Krzysztof Grodzicki i Stanisław Druszkiewicz, których Tatarzy ukryli w swoich namiotach.

Bitwa pod Batohem miała przełomowe znaczenie, zniszczenie najlepszych oddziałów armii koronnej pozwoliło Chmielnickiemu przejść do ofensywy i w rezultacie oderwania części Ukrainy od Rzeczypospolitej. Klęska Polaków poprzedziła wojnę z Rosją i potop szwedzki.