במלחמת ששת הימים הופעלה שוב האוגדה כלפי מתחמי אום כתף ואבו עגילה בפקודו של האלוף אריאל שרון, בקרב שנחשב לקרב מופת אוגדתי נכבשו המתחמים והאוגדה המשיכה במרדף אחרי הצבא המצרי המתמוטט עד לתעלת סואץ. לאחר המלחמה הוטלה על האוגדה האחריות על כלל מרחב סיני וזאת עד להקמת אוגדת סיני.