армейского корпуса вошла в состав 2-й армии, развернутой в южной части Силезии. Накануне вторжения в Польшу в 1939 году дивизия была мобилизована в первой волне (1 августа 1939 года) и вновь оказалась в составе 2-го армейского корпуса, включённого в 4-ю армию группы армий «Север». В его составе дивизия участвовала в прорыве позиций армии «Поможе» в польском коридоре, а затем в окружении армий «Познань» и «Поможе» в ходе битвы на Бзуре. После разгрома Польши дивизия была переброшена на Западный фронт на границу с Люксембургом. В ходе французской кампании 1940 года дивизия действовала в составе «родного» 3-го армейского корпуса, подчинённого командованию 12-й армии из состава группы армий «А». Пройдя Люксембург и Бельгию, она форсировала Маас у Нузонвиля, а затем Эну, дойдя до района Соны у Шалона. После подписания перемирия с Францией дивизия находилась на демаркационной линии в районе Лё-Крёзо. В октябре 1940 года дивизия вернулась в Германию, где была переформирована в моторизованную (нем. 3. Infanterie-Division (mot.), то есть 3-я моторизованная пехотная дивизия). При этом 50-й полк был передан 111-й моторизованной пехотной дивизии. В новом качестве дивизия приняла участие в нападении на СССР в составе 56-го моторизованного корпуса, входившго в состав 4-й танковой группы группы армий «Север». В июне 1941 года дивизия была выдвинута в район южнее Таураге и в ходе общего наступления наносила удар на Расейняй. Летом 1941 года дивизия продвигалась к Ленинграду, достигнув Луги. Однако 15 августа она была переброшена на участок южнее озера Ильмень. С октября 1941 года дивизия действовала в составе группы армий «Центр» в ходе битвы за Москву под Гжатском и Вязьмой, а в ноябре и декабре 1941 года в районе Наро-Фоминска. В июле 1942 года дивизия была передана группе армий «Юг» и приняла участие в наступлении на Сталинград. Вместе с 6-й армией попала в окружение и была уничтожена. В марте 1943 г. в Лионе на основе уцелевших остатков дивизии, а также частей 386-й пехотной моторизованной дивизии, также сформированной во Франкфурте, была создана новая 3-я моторизованная дивизия. Для повышения морального духа солдат она получила название 3-я панцергренадерская дивизия (нем. 3.Panzergrenadier-Division). В июле 1943 г. переброшена в Италию в распоряжение группы армий «С», в резерве которой находилась до ноября 1943 г. Затем в составе 14-й армии дивизия участвовала в боях у Салерно, Монте-Кассино, на линии Бернарда, у Анцио и в общем отступлении к Риму. Понесла тяжёлые потери, была выведена в резерв, а в августе 1944 г. переброшена на Западный фронт. Участвовала в боях в районе Парижа, у Нанси, у Метца и Аахена. В январе 1945 г. дивизия в составе 5-й танковой армии была задействована в Арденнской операции. В дальнейшем занимала позиции на Рейне у Кёльна. В апреле 1945 г. капитулировала перед американцами вместе с группой армий «Б» в результате Рурской операции.
Командиры дивизии: полковник Курт Хаазе, с 1934 г.; генерал-майор Вальтер Петцель, с 3 июля 1936 г.; генерал-лейтенант Вальтер Лихель, с 11 октября 1938 г.; Пауль Бадер, на 1 октября 1940 г.; Курт Ян, с 25 мая 1941 г.; Хельмут Шломер, на 1 апреля 1942 г.; Фриц Хуберт Грезер, с 1 марта 1943 до 1 июня 1944; Ганс Геккер, с марта 1944 г.; Ганс-Гюнтер фон Рост, с июня 1944 г.; Вальтер Денкерт, с октября
