1940年5月2日，侵占藁城的日军骑兵大队和伪警备一中队，到滹沱河北无极一带村庄进行军事侦察和扫荡。当天凌晨七点的时候到达无极县的牛辛庄。日寇进村后，在村口的一间房屋里搜查，发现里面没有人，就将三间房屋点燃烧掉。随后日寇又到了滹沱河的北岸，准备过河回藁城。
可是日寇在放火的时候被驻在不远的抗日部队发现了，于是组织官兵来追击日寇，双方在河岸上打了起来，战斗从上午8点一直打到中午12点，战斗中有一个日寇军官被击毙，另有好几个伪军也被打死。但是过了午后，日寇在藁城和定县周边据点里的部队相继赶来增援，由于双方兵力悬殊，抗日部队只能撤出战场。
日寇见中国军队成功撤出战场，自己又白白被打死一名军官，便恼羞成怒，怪罪于牛辛庄的村民，就重新掉头冲进牛辛庄，对村中人民群众进行野蛮的报复。
日本人兵分三路，一路进村，逐户搜查，大肆抢劫，纵火烧房。另外两路分别是骑兵和步兵，一路在前一路在后，到村东的麦地里，河洼中收捕村民。有40多名群众被驱赶回村，用白布或毛巾蒙住眼睛，分批遭到屠杀。
在那一波屠杀中，27岁的男青年任某，被日寇用刺刀在胸膛连刺五刀，惨死在路上；一名叫卢西影的村民被刺了七刀，四刀在身上，三刀在喉咙上；日寇又把50多岁的老人任傻子抓走，砍下他的头颅，用脚下踢出六七尺远；28岁的青年张顺河在遭到日寇刺杀时，用双手紧紧握住刀刺与日寇顽强搏斗，那日寇一阵狞笑，把刀一收，将张的十个手指全部割断，随后被补了一刀，死在血泊中。
在这次屠杀中，还有在村中来不及逃走的患病妇女李茹，四岁的男孩邱利利，被日寇抓走后扔进火堆中活活烧死。毫无人性的日寇在牛辛庄整整烧杀了三个多小时，屠杀无辜群众49人，有三百多间房屋被烧毁，抢劫财物更是无法统计。