1942年の夏季に実施されたドイツ側の反攻作戦であるブラウ作戦には直接参加せず、中央軍集団指揮下での防御戦闘を続けた。1943年のドイツ側の反攻作戦であるツィタデレ作戦（クルスクの戦い）においても直接的な攻撃作戦ではなく、防御的な戦闘が多かった。クルスク戦以降も撤退戦を続け、1944年のバグラチオン作戦で中央軍集団が壊滅し、第5装甲師団も大きな損害を出した。この後師団は北西方面に後退し北方軍集団の指揮下に入り、クールラントや東プロイセンなど東部戦線北部での撤退戦を戦った。第5装甲師団の一部はドイツ海軍により後方への脱出に成功したが、残存部隊は終戦時までクールラント・・ヘル半島などに分断されソ連軍に包囲されていた。