В июне 1944 года дивизия (125 танков и самоходных орудий) была переброшена по железной дороге в Борисов и начала выдвигаться на рубеж реки Бобр. 28 июня вступила во встречный бой с 5-й гвардейской танковой армией. Затем пыталась деблокировать 4-ю армию, окружённую в результате операции «Багратион», и понесла при этом большие потери. Осенью отступила в Литву, была эвакуирована из Курляндского котла в Восточную Пруссию. 5-я танковая дивизия сдалась советским войскам в апреле 1945 года вместе с другими частями 2-й армии немцев.