پس از پایان عملیات در یونان برای استفاده در عملیات بارباروسا به مرزهای شرقی با شوروی ارسال شد و نبرد بر سر مسکو به کار گرفته شد اما در با مقاومت شدید مدافعان در ۳۴ کیلومتری شهر از پیشروی بازماند و با ضدحمله آن‌ها عقب رانده شد. لشکر پنجم زرهی فصل زمستان را در حالت تدافعی گذراند و بدون مشارکت در عملیات‌های تهاجمی در قالب گروه لشکرهای مرکز درگیر نبردهای دفاعی بود. این لشکر در نبرد کورسک حضور نداشت اما برای دفع ضد حمله‌های دشمن فعالیت نمود. لشکر پنجم زرهی مابقی طول جنگ را در عقب‌نشینی به سوی غرب سپری نمود تا نهایتاً در شبه جزیره سامبیا گرفتار محاصره شد. بخشی از لشکر که به کمک نیروی دریایی از محاصره خارج شد بعدها به متفقین غربی و مابقی باقیمانده در محاصره به همراه فرمانده خود هانس-جورج هرتسوگ در روزهای آخر جنگ تسلیم ارتش سرخ شدند.