הרגימנט לא השתתף במערכה על פולין והעביר את זמנו באימונים, כשלאחר מכן צורף להקורפוס ה-19 בפיקודו של היינץ גודריאן לקראת המתקפה על צרפת. מרבית הרגימנט פעל תחת דיוויזיית הפאנצר ה-10 כשהוא מתקדם דרך לוקסמבורג בניסיון לאגף את ביצורי ההגנה הבלגיים בדרום. באותו זמן השתתף אחד הגדודים מהגרוסדויטשלנד בצניחה צפונה משם בתוך בלגיה. לאחר מכן הרגימנט השתתף בצליחת נהר המז והיה מעורב בקרבות קשים עם כוחות שריון צרפתיים ליד העיירה סטון שבצרפת. משם המשיך הרגימנט להתקדם צפונה לעבר דנקרק. הוא ספג אבדות כבדות במהלך מתקפת נגד של חיל המשלוח הבריטי באזור אראס, והשתתף בצליחת נהר הסיין. ב-19 ביוני כבשו חיילי הרגימנט את ליון, ומשם צעדו לעבר פריז כדי להשתתף בחגיגות הניצחון על הצרפתים. בחודש יולי נשלח הרגימנט לאלזס להכנות לקראת מבצע ארי-הים (הפלישה המתוכננת לבריטניה) ומבצע פליקס (הפלישה המתוכננת לגיברלטר).
המערכה ביוגוסלביה, מבצע ברברוסה.
לאחר ביטולם של מבצע ארי הים ומבצע פליקס, רגימנט הגרוסדויטשלנד נשלח מזרחה כדי לקחת חלק בקרבות ביוגוסלביה, כשהוא בעיקר מנהל מרדף אחר הכוחות היוגוסלבים המובסים. היה זה שם שהגרוסדויטשלנד נחשפה לראשונה לעיני הציבור כשאובר לויטננט פאביך, מפקד הגדוד השלישי הוביל קבוצה של לוחמים שהשתלטו ופתחו מחדש את תחנת המשדר בבלגרד, כשמאוחר יותר התפרסם פאביך כ'חייל הרדיו' הגרמני.
לקראת הפלישה לברית המועצות צורף הרגימנט לקבוצת ארמיות מרכז בפיקודו של גנרל-פלדמרשל פדור פון בוק. לאחר חציית הגבול ב-27 ביוני 1941, הרגימנט היה מעורב בקרבות סביב מינסק, ומשם המשיך וחצה את נהר הדנייפר לעבר העיירה ילנייה ("Yelnya"), בה ניהל קרבות קשים וספג אבדות קשות. בספטמבר 1941 התקדם הרגימנט לעבר בירת אוקראינה, קייב שם סייע בהבטחת ראשי הגשרים על נהר דסנה, לפני שנשלח צפונה כדי להשתתף בקרבות הקשים באוריול ובטולה במהלך ההתקדמות הנאצית למוסקבה.
במהלך המחצית השנייה של שנת 1941 ספג הרגימנט אבדות כבדות בלחימה חזית המזרחית. אבדות היחידה עד ה-6 בינואר 1942 הסתכמו ב-900 הרוגים, 3,056 פצועים ו-114 נעדרים. עד אותה עת, אורגנה היחידה ואוישה כמו כל יחידה אחרת בוורמאכט, אולם ב-1942 שונו נוהלי הגיוס לרגימנט והוא הפך יחידת עילית של מתנדבים. המגויסים החדשים היו חייבים להיות לפחות בגובה של 1.70 מטר, צעירים, במצב בריאותי טוב ובעלי דעה פוליטית 'צלולה'. למרות שגרוס דויטשלנד השתייכה לוורמכאט, הדרישות הנ"ל היו זהות למה שנדרש מהמתגייסים ליחידות הוואפן אס אס.
דיוויזיה ממונעת גרוסדויטשלנד.
ארגון מחדש ברגימנט הגרוסדויטשלנד היה בלתי נמנע לנוכח האבדות הקשות בשנה החולפת בחזית המזרחית, במיוחד בקרבות באזור אוריול, שהביאו לכדי פירוקו של הגדוד השני. לפיכך, בחודש אפריל 1942 הרגימנט הורחב והפך לדיוויזיה ממונעת גרוסדויטשלנד ("Infanterie-Division Großdeutschland motorisierte"), כשהפיקוד הגרמני הגבוה נותן לדיוויזיה עדיפות בהקצאת הציוד החדיש ביותר. אל הרגימנט הנוכחי צורף רגימנט רגלים נוסף, גדוד תותחי סער המורכב משלוש סוללות של שישה שטוג 3 כל אחת, פלוגה אחת של טנקי פנצר 4 ושתי פלוגות של פנצר 3, גדוד נ"מ, רגימנט ארטילריה, גדוד של ציידי טנקים ("PanzerJager") ומרכיבים אחרים של דיוויזיה סטנדרטית.
לאחר הארגון מחדש, דיוויזיית הגרוסדויטשלנד הוכפפה לקורפוס הפאנצר ה-48 לקראת השלבים הראשונים של מבצע "מקרה כחול", ההתקפה המתוכננת על סטלינגרד. הדיוויזיה השתתפה בצליחה המוצלחת של נהר הדון וכיבוש העיר וורונז' שנפלה ב-6 ביולי. באוגוסט הוחזרה הדיוויזיה לאחור לגדה הצפונית של נהר דונייץ, והוחזקה ככוח עתודה נייד להתקפות נגד. במהלך מתקפות הנגד הסובייטיות בחודש נובמבר (מבצע אוראנוס ומבצע מארס), הדיוויזיה הייתה מעורבת בקרבות קשים ליד העיר רז'ב, שם היא ספגה אבדות איומות וכמעט וחוסלה. בתחילת חודש ינואר הוצאו שאריות הדיוויזיה מהקווים לעבר סמולנסק להתאוששות ולאיוש השורות מחדש. במהלך 1942
אבדות הגרוסדויטשלנד הגיעו ל-12,000-10,000 הרוגים, פצועים ונעדרים.
במשך שלושת החודשים הראשונים של 1943 הדיוויזיה השתתפה בקרבות בסביבת בלוגרד וחרקוב, כשהיא נלחמת לצידם של דיוויזיות עילית אחרות כמו 'דיוויזיית אס אס דאס רייך' ו'דיוויזיית האס אס לייבשטנדרטה'. לאחר נפילת חרקוב לידי הסובייטים בחודש מרץ, הגרוסדויטשלנד הוצאה מהקווים למנוחה והצטיידות מחדש ליד פולטבה, שם נשארה ככוח עתודה עד לחודש יוני. במהלך הזמן הזה צוידה הדיוויזיה בפלוגה של טנקי הטיגר הכבדים (הדיוויזיה היחידה לא מהאס.אס שקיבלה טיגרים), וזחל"מים. בחודש יוני, לאחר שהדיוויזיה קיבלה פלוגה נוספת של טיגרים ותוספת של נגמ"שים וזחל"מים, סיווגה שונה לדיוויזיית הפנצרגרנדיר גרוסדויטשלנד ("Panzergrenadier-Division Großdeutschland"), כלומר דיוויזיית חרמ"ש, למרות שמבחינה ארגונית הייתה יותר דומה לדיוויזיות הפאנצר של האס.אס.
דיוויזיית פנצרגרנדיר גרוסדויטשלנד.
קרב קורסק.
בתחילת חודש יולי 1943 צוותה דיוויזיית הפנצרגרנדיר גרוסדויטשלנד לארמיית הפאנצר הרביעית בפיקודו של גנרל אוברסט הרמן הות, לקראת 'מבצע מצודה', הידוע יותר בשם קרב קורסק. ב-5 ביולי הובילה הדיוויזיה את המתקפה של הות מדרום למבלט קורסק, כשמולה ניצבת ארמיית המשמר ה-6 הסובייטית שהצטיינה בסטלינגרד. בתחילה הגרוסדויטשלנד התקדמה בעקביות, חרף תקלות מכניות רבות בטנקים שלה, עד שהתקדמותה נעצרה ב-9 ביולי. שלושה ימים לאחר מכן שיגרו הסובייטים התקפת נגד עוצמתית שכללה כוחות שריון גדולים; הגרוסדויטשלנד ספגה אבדות קשות באזור קלינובקה כשלבסוף היא הוצאה מהקווים ב-18 ועשתה דרכה לאזור ההערכות בטומרובקה.
ארבעה ימים לאחר מכן נעה הדיוויזיה לעבר הכפר קאראצ'ב, וצורפה חזרה לקבוצת ארמיות מרכז, כשהיא משמשת ככוח עתודה נייד. במשך מרבית חודש אוגוסט לחמה הגרוסדויטשלנד - שפלוגת הטיגרים שלה הורחבה לגדוד -בקרבות הגנתיים באזור קורסק עד לנפילת חרקוב ב-23 באוגוסט בידי הסובייטים, דבר שהוביל לנסיגה גרמנית כוללת לעבר הדנייפר. בשלהי אוגוסט צורפה הדיוויזיה חזרה לקורפוס הפאנצר ה-48, ולמשך שארית 1943 הגרוסדויטשלנד נסוגה טקטית תוך כדי לחימה במזרח אוקראינה.
1944 - מזרח אירופה.
בימים הראשונים של חודש ינואר הועברה הגרוסדויטשלנד פעם נוספת לאחד האזורים הקריטים ביותר בחזית המזרחית, כשהפעם תפקידה להגן על מכרות הברזל החשובים ליד קריבוי רוג. במהלך החודש הבא שוב הועברה הדיוויזיה - כעת בפיקודו של גנרל לויטננט האסו פון מנטויפל שהחליף את גנרל מיור וולטר הרנליין - לנקודות משבר שונות בחזית. במהלך חודש פברואר רגימנט הפנצרים של הגרוסדויטשלנד, מתוגבר ברגימנט שלם של טנקי פנתר חדשים, נשלח לצ'רקסי לשחרור מספר דיוויזיות גרמניות שנלכדו בתנועת כיתור סובייטית. ב-4 במרץ 1944, בעת כשהחזיתות האוקראיניות הראשונה, השנייה והשלישית תוקפות את קבוצת ארמיות דרום, הגרוסדויטשלנד שוב שימשה ככוח נייד המתגבר אזורים חלשים בקו החזית. ב-16 במרץ נסוגה הדיוויזיה לדניסטר ולבסוף לרומניה עד סוף החודש.
במהלך חודש אפריל 1944 לחמה הגרוסדויטשלנד בקרבות הגנתיים ליד יאשי, עד שנסוגה בהדרגתיות לטרגו פרומוס שבחבל מולדובה, שם ניהלה קרבות קשים שנמשכו למעלה מחודש ימים. במהלך חודש מאי ניצלה הדיוויזיה את ההפוגה הזמנית בחזית להתחמשות וארגון מחדש. רגימנט ה"Panzer-Fusilier" (פנצרגרנדיר) של הדיוויזיה, כמו גם יחידות הסיור שבו לגרמניה להצטיידות בזחלמי"ם ורכבים משוריינים. יחד עם זאת, שני רגימנטי הפנצרגרנדיר של הגרוסדויטשלנד צומצמו בעקבות המחסור בכח אדם לשלושה גדודים במקום ארבעה, כשכל גדוד מכיל כעת רק ארבע פלוגות במקום חמש.
בתחילת חודש יוני שיגרה הדיוויזיה - יחד עם האלמנטים שלה ששבו מגרמניה - התקפת נגד באזור פודול שברומניה. באותו זמן נחתו בעלות הברית בצרפת (הפלישה לנורמנדי), וגדוד השריון השלישי של הגרוסדויטשלנד, ששהה בצרפת אותו זמן כדי לקבל לידיו טנקי פנתר חדשים, נשלח ללחימה בנורמנדי. בתום הלחימה ברומניה, הגרוסדויטשלנד הוצאה מהקווים למנוחה.
בתחילת אוגוסט 1944 הועברה הדיוויזיה למזרח פרוסיה, שם הייתה מעורבת בקרבות קשים בניסיון לפתוח מסדרון צר לעבר קבוצת ארמיות צפון שכותרה על ידי הסובייטים. בתחילתו של חודש ספטמבר הוחלף מנטויפל, מפקדה של הגרוסדויטשלנד על ידי אוברסט קארל לורנץ (הועלה מאוחר יותר לדרגת גנרל מיור), מפקד רגימנט בדיוויזיה. במהלך חודש אוקטובר ניהלה הגרוסדויטשלנד קרבות הגנה קשים כנגד כוחות סובייטים עדיפים בהרבה בממל, עד שפונתה ב-26 בנובמבר דרך הים לעבר רסטנבורג.
קורפוס הפאנצר גרוסדויטשלנד.
ב-1 בנובמבר 1944 ארגן ה-OKH את דיוויזיית גרוסדויטשלנד מחדש לקורפוס פנצרים, בצירוף דיוויזיית הפנצרגרנדיר ברנדנבורג ועוד מספר יחידות. אף על פי כן, קורפוס הפאנצר גרוסדויטשלנד מעולם לא לחם כיחידה אחת, וכוחו לא הגיע לזה של קורפוס גרמני שלפני 1943.