Состав 5-й тд в тот период был примерно таков: в дивизию входила 5-я мотопехотная бригада, которая, в свою очередь, включала 13-й и 14-й мотопехотные полки; 5-я танковая бригада, включавшая 15-й и 31-й танковые полки; 119-й моторизованный артиллерийский полк; 53-й полк самоходной артиллерии; 89-й инженерно-саперный батальон; 8-й моторизованный разведбатальон; 77-й танковый батальон связи; 85-й интендантский отряд; 85-й полевой батальон. Штатная танковая дивизия того периода насчитывала 200–350 танков. 5-я тд оказалась на Восточном фронте в октябре 1941 года. Она была придана 46-му танковому корпусу. Корпус входил в 4-ю танковую группу (группа армий «Центр»). Участвовала в Московской битве. В 1942 году участвовала в различных оборонительных сражениях группы армий «Центр». Затем она присоединилась к отступлению из района Ржева. К осени 1942 года 5-я мотопехотная бригада была расформирована. Для более эффективной борьбы с советскими танками дивизии был придан 55-й зенитный батальон. В конце 1943 года 5-я тд принимала участие в боях в среднем течении Днепра. Затем отступала через Белоруссию и Польшу. Оборонялась в Восточной Пруссии. В апреле 1945 года пленена советскими войсками севернее Данцига.