1940年法國戰役德國第3裝甲師被劃歸給格德.馮.倫斯德A集團軍群的第12軍，配合古德里安的第19軍從阿登森林對法國發起迂迴包抄戰役，第3裝甲師長驅直入，在比利時邊境靠近法國北部區域率先遇法軍交上了火，德國第三裝甲連，在右翼進攻線路上與法軍坦克遭遇，這支法國裝甲部隊是當時比利時邊境區域唯一機動部隊，裝備了一定數量的索瑪S-35坦克，R35輕型坦克等，這兩款坦克型號基本是當時法軍主力坦克，雷諾R35輕型坦克，於1933年設計，1936年正式投產，屬於法國版本的步兵坦克，主要是配合步兵作戰，雖然機動力十分一般，時速只有20公里每小時，但其正面裝甲達到了40毫米，1940年有半數以上的，雷諾R35輕型坦克經過了改造成為雷諾R40輕型坦克，主要增強了37毫米主炮的威力使其倍徑達到30倍徑左右能夠對德軍二號坦克，三號初期坦克造成直接威脅。

根據德當時德軍前線報告，第三連15輛二號坦克和5輛三號H型坦克組成先鋒部隊遭受法軍22輛R35輕型坦克伏擊，第三裝甲連，而結果卻讓人出乎意料，在二號坦克突破下，法軍坦克由於速度上不足竟然被德軍第三連直接突破，二號坦克憑藉出色機動能力，竟然一舉擊毀擊傷法軍12輛坦克，另外5輛坦克被俘，而迂迴包抄的第三裝甲連第一排的五輛三號H型坦克與法軍主戰中型坦克索瑪S-35坦克直接遭遇，這兩款坦克都是當時西歐地區最為先進坦克，但要論速度三號H型坦克絕對佔據上風，而火力上法國的索瑪S-35坦克採用了47mmSA35型加農炮作為主炮，其射速和威力基本與德軍三號H型坦克50毫米42倍徑主炮一樣，甚至更為強勁一些畢竟是加農炮，但其正面裝甲是當時三號坦克無法比較達到了56毫米左右，激戰中第一排被擊毀一輛三號H型坦克另外有兩輛不同程度的損傷癱瘓在道路森林旁，法國的索瑪S-35坦克被擊毀2輛另外有三輛見情況不對迅速撤退，然而不久後都成為了德軍戰利品。

隨著第三裝甲師主力的到達，德國第三裝甲師徹底切斷法軍的重兵集團與比利時軍隊的聯絡，比利時成為了法國戰術戰略部署錯誤第一個犧牲品。1940年6月17日第三裝甲師攻克藩塔里爾，成功切斷了馬奇諾防線上最後一支軍團撤退到瑞士的最後通道，一舉包圍了法軍50萬丟盔卸甲的殘兵，這是德國第三裝甲師最輝煌時期，也可以說憑藉運氣完成了對法軍的封鎖，假如法軍50萬大軍井然有序的發起突圍戰恐怕第三裝甲師必定會抵擋不住，可惜的是法軍殘軍最終選擇各自為戰如同散沙一般，這是當時法軍指揮高層出現的重大問題，是戰是降猶豫不決的結果。德國第三裝甲師靠這一戰，一戰成名被譽為鋼鐵尖刀的稱號，第二支獲得稱號裝甲師是隆美爾的第7裝甲師被譽為魔鬼之師。

二戰初期德軍國防軍裝甲師取得的成就和戰績是絲毫不差於後來的黨衛軍部隊的。1941年6月22日德國閃電戰入侵蘇聯，第三裝甲師作為了主力之一，參加巴巴拉薩計劃，目標路線是列寧格勒，德軍第三裝甲師一路猛進成為抵達列寧格勒城下的第一支裝甲部隊，但由於步兵沒有及時跟上，白白浪費的時間，直到冬季降臨時，第三裝甲師只佔領寧格勒城外郊區地帶，作為全面進攻出發點，在面對蘇軍坦克的反擊時第三裝甲師付出了比征服法國時多出兩倍以上的傷亡，之後又調往莫斯科方向支援德軍第9集團軍，防禦德軍的冬季的大反攻，成功擊退了蘇軍反擊，這是第三裝甲師抵達東線戰場唯一場值得慶祝的勝利，德軍中央集團軍群沒有在蘇軍強大反擊下，想拿破崙一樣一瀉千里。

1942年儘管春季兩個月的休整第三裝甲師被調往了斯大林格勒方向，準備進攻高加索地區。“裝甲部隊迎著夏日風重新集結，沒有人會忘卻1941年東線的冬天，而夏天的來到正如師長所說的那樣，我們沒有任何藉口在為任何一場戰鬥失利指責天氣的原因，在高加索地區我們還遭遇了嚴重困難，沒有足夠空間任由裝甲部隊一線展開，隨後遭遇到了敵軍重型坦克反擊，也使進攻轉變成了防禦，蘇聯的冬天又一次降臨了。”

1942年12月蘇聯方面認為針對斯大林格勒對德軍的消耗已經取得顯著進展，斯大林命令朱可夫為主帥發動了著名天王星行動，蘇軍集結兵力高達130萬左右，位於德軍第6集團軍兩翼地區，當時第6集團軍已經一頭扎進斯大林格勒的城區之中，被包圍已經無法避免，而這種嚴峻的情況下，一場地獄般突圍戰役正式打響，第3裝甲師緊急撤離高加索地區，進入斯大林格勒的外圍，抵禦蘇軍合圍攻勢，配合第三裝甲師一起協同作戰的是德軍在二線警戒的386步兵師，這個師具備了風暴突擊稱號，是臨時加強單位，擁有一個風暴突擊營在德國版電影《進攻斯大林格勒》中有直接亮相，第三裝甲師和386步兵師也是當時德軍在斯大林格勒少數成功突圍了部隊，但都遭到了嚴重損失，第三裝甲師幾乎損失掉所有裝甲和重型裝備，人員精銳百分之八十葬身在了斯大林格勒的冰天雪地之中。

1943年第三裝甲師基本上是名存實亡，經過長達1年休整重組正式告別了東線地獄般的戰場，被調往西線，這是少數老兵得以活到戰後的原因，從1944年第三裝甲師全體裝甲擲彈兵體系為主坦克數量，只有36輛四號坦克，這也是第三裝甲師被調往西線原因，西線重來就沒有長期存在過德軍裝甲叢集或者一級滿編的裝甲師部隊，如果說第21裝甲師，和116裝甲師，第130教導裝甲師這三個師算的話，那是諾曼底戰役開始後事情了，之前只有第21裝甲師是西線常駐部隊，1944年的5月份在接手90多輛四號坦克，連一輛豹式坦克都沒有，直到盟軍在諾曼底登入後，第三裝甲師還沒有真正恢復戰力，駐紮荷蘭地區，隨著盟軍市場花園的送禮行動，第三裝甲師在一次用速度證明了鋼鐵尖刀實力，取得西線第一場勝利，之後得到最後一次補充前往亞琛參加保衛戰和阿登行動，隨著盟軍萊茵河行動的開始B集團軍群崩潰，第三裝甲師突圍後又去東線參加了匈牙利戰役，之後逃離東線向美軍投降徹底結束了第三裝甲師的歷史使命，預計參加過斯大林格勒直到戰後的倖存老兵不足百餘人。第三裝甲師前前後後參加的戰役有，波蘭戰役，法國戰役，列寧格勒戰役，勒熱夫第一次防禦戰役，高加索戰役，斯大林格勒突圍戰，，義大利系列戰役，市場花園反擊行動，亞琛參加保衛戰，阿登戰役，萊茵河戰役，，科恩戰役魯爾口袋突圍戰，匈牙利戰役等春醒行動。