בפרוץ המלחמה לחם הקורפוס ה-3 בפלישה לפולין, כחלק מהארמייה הרביעית במסגרת קבוצת ארמיות צפון. במהלך המערכה על צרפת לחם הקורפוס כחלק מהארמייה ה-12 במסגרת קבוצת ארמיות A, וב-14 בנובמבר 1940 מונה קורט פון גרייף למפקד הקורפוס. ב-15 בינואר 1941 מונה אברהרד פון מקנזן למפקד הקורפוס, וב-21 במרץ 1941 הפך הקורפוס לקורפוס ממונע. במבצע ברברוסה לחם הקורפוס כחלק מקבוצת הפאנצר הראשונה, במסגרת קבוצת ארמיות דרום, והשתתף עמו בקרב קייב ובקרב חרקוב הראשון. ב-31 במרץ 1942 העביר פון מקנזן את הפיקוד על הקורפוס ללאו גייר פון שוופנבורג ויצא לחופשה קצרה, וב-20 ביולי 1942 חזר לפקד על הקורפוס שבינתיים הפך לקורפוס פאנצר, ופיקד עליו במהלך מתקפת הקיץ ובכלל זה בקרב חרקוב השני. ב-2 בינואר 1943 מונה הרמן בריית למפקד הקורפוס, ופיקד עליו במהלך קרב קורסק כחלק מפלגת הארמייה קמפף, ולאחר מכן כחלק מארמיית הפאנצר הרביעית, ובספטמבר הועבר הקורפוס תחת פיקוד הארמייה השמינית. ב-20 באוקטובר 1943 מונה היינץ ציגלר למפקד הקורפוס, וב-25 בנובמבר 1943 החליפו פרידריך שולץ. ב-9 בינואר 1944 חזר הרמן בריית לפקד על הקורפוס, ובמרץ הועבר הקורפוס תחת פיקוד ארמיית הפאנצר הראשונה. ב-31 במאי מונה דיטריך פון זאוקן למפקד הקורפוס, וב-29 ביוני 1944 שוב חזר הרמן בריית לפקד על הקורפוס. באוגוסט 1944 הועבר הקורפוס תחת פיקוד ארמיית הפאנצר הרביעית, ובאוקטובר 1944 הועבר הקורפוס תחת פיקוד הארמייה השישית, עימה לחם בקרבות בהונגריה ובאוסטריה עד סוף המלחמה.