Geyr von Schweppenburg dirigió a la 3.ª División Panzer durante la campaña de Polonia, durante la cual, formando parte del XIX Panzerkorps del general Guderian, partió de Pomerania para avanzar por Torún y llegar al sur de Brest-Litovsk, donde terminó la campaña.
Tras la partida de este general, accedió al mando divisionario el Generalmajor Horst Stumpff, que la va a mandar desde octubre de 1939 hasta noviembre de 1940. Durante estos meses la división descansó y se reorganizó para combatir en Francia. El 10 de mayo la división forma parte del XVI Armeekorps (motorisiert) del general Hoepner (que forma parte del Gruppe Kleist), con el que combate sobre el canal Alberto, avanza por el sur de Bruselas y se enfrenta, junto a la 4.ª División Panzer, a la 2.ª y 3.ª divisiones ligeras mecánicas (divisiones blindadas francesas cuyo origen está en la caballería) en la batalla por la Trouée de Gembloux, tal vez el encuentro de carros de combate más importante de la guerra.
Su comandante durante estas acciones, Horst Stumpff (20 de noviembre de 1887-25 de noviembre de 1958), había iniciado su carrera militar en 1907, en el Ejército imperial, combatiendo en la Primera Guerra Mundial, de la que sale con el rango de capitán y con sendas cruces de hierro, la de primera y la de segunda clase. Miembro de la Reichswehr durante los años de entreguerras, comandará la 3.ª Brigada Panzer (de la división que nos ocupa), que dirige en Polonia. Volveremos a verlo al mando de la 20.ª División Panzer desde noviembre de 1940, a la que llevará al frente del este, donde obtiene la Cruz de Caballero de la Cruz de Hierro antes de ser enviado a la reserva. Poco después, al igual que su predecesor se había convertido en Inspector General de las Fuerzas Panzer, él obtiene igual puesto pero en el Ejército de reserva, siendo ascendido a general de tropas Panzer en noviembre de 1944. Tras la guerra no se le molesta demasiado, morirá en Hamburgo con 71 años.
El sucesor de Stumpff fue otro de los generales que se harían famosos durante la guerra, el Generalleutnant Walther Model (24 de enero de 1891-21 de abril de 1945). Bajo su mando, la división participó en la operación Barbarroja dentro del XXIV Armeekorps (motorisiert) del Panzergruppe 2. El 21 de junio la unidad tomó el puente de Koden mediante un golpe de mano, para luego participar en las batallas por Bialistock y Minsk, antes de cruzar el Dniepr. Entre el 23 de agosto y el 26 de septiembre la división participa en el cierre de la bolsa de Kiev, la batalla de cerco más importante de la campaña, que se salda con la captura de cientos de miles de prisioneros soviéticos. Poco después, Model abandona el mando divisionario para convertirse en General der Panzertruppen y jefe del XLI Panzergruppe, que dirige durante la Operación Tifón. Su 6.ª División Panzer será la que más se acerque al Kremlin, 35 km. Con gran capacidad como general defensivo, el contraataque soviético de invierno de 1941-42 supone para él una gran oportunidad. Sus métodos, brutales, y su inflexibilidad, así como su olfato táctico, permitirán que sus tropas escapen en bastante buen estado, y que él reciba el mando del Noveno Ejército.
Al mando de esta fuerza Model combate en Rzhev, en Kursk y en Orel. Durante esta última batalla se ganará el sobrenombre de “bombero del Führer”, y tras haberse atrevido a preguntarle: “Mi Führer, ¿quién manda el Noveno Ejército? ¿Usted o yo?”, se convertirá en uno de los escasísimos generales de la Wehrmacht que se atreven a llevar la contraria a su jefe de Estado. Narva, Ucrania, Normandía, Arnhem, las Ardenas… durante los meses siguientes Model dirige ejércitos ingentes en todos los grandes escenarios de la guerra, hasta que es cercado en la bolsa del Ruhr, durante la invasión aliada de Alemania. Mariscal de campo y fiel a su juramente al Führer, pero conminado a rendirse y consciente de que los hombres de su Heeresgruppe B están condenados si no lo hace, decide ordenar la disolución de su fuerza, licenciando a los soldados demasiado jóvenes o viejos y dando permiso al resto para rendirse o tratar de escapar del cerco. Esta decisión provocó su caída en desgracia. Goebbels declaró que tanto él como sus hombres eran traidores, y Model decidió suicidarse, el 21 de abril, pegándose un tiro en un bosque entre Duisburg y Lintorf.
