Im Juli 1943 wurde sie in 20. Panzergrenadier-Division umbenannt. 1943 kämpfte die 20. PGD in Kiew und am Dnepr gegen die vorrückende Rote Armee. Im Frühjahr 1944 wurde die Division bei Kamenez-Podolsk im sogenannten Hube-Kessel eingeschlossen, konnte sich jedoch wieder befreien und zog sich in Richtung Lemberg und Kamionka auf den Bug zurück. 1945 war die 20. PGD in die Schlachten um die Weichsel verwickelt und wich in Richtung Lausitzer Neiße, Stettin und Oderbruch zurück. Später nahm sie an den Kämpfen um Berlin und Potsdam teil. Am 5. Mai 1945 kapitulierte sie in Tangermünde vor der US-Armee.