第二次世界大战中，苏军的12支近卫坦克军中，第5近卫坦克军的战功最为显赫。20世纪30年代，随着苏联国防经济实力的全面增强，苏联红军开始向现代化和机械化转型。在武器装备上，苏联的T-34、KV-1坦克是当时世界上最优秀的坦克之一；I-16战斗机和伊尔-2攻击机在各自领域也名列前茅。
年，德国向苏联西部边境调集了大量军队，苏军总参谋部从内地军区抽调部队加强西部边境的防御力量，其中就有刚刚成立的第40坦克。驻扎在乌克兰日托米尔州的首府日托米尔市。
陷入沼泽的德军年6月22日凌晨3点半，德国对苏联不宣而战。在一个小时的炮击和空袭之后，个德国师、辆坦克在千米长的战线上分成北、中、南三路，对苏军阵地发起了猛烈进攻，一场轰轰烈烈的卫国战争开始了。当时第40坦克师并未做好战斗准备，极度缺乏重装甲部队及指挥军官和士官，所有的装甲力量就是多辆T-37坦克和19辆接近报废的T-26坦克。德国的“闪电战”让红军伤筋动骨，一切能够顶住德国装甲部队的武器都被推上了前线。
苏德装甲部队在正面战场上碰撞了，显然苏军临时拉上来的部队打不过早有预谋切装备精良的德国装甲部队，苏军节节败退，苏军统帅部决定将第40坦克师的番号撤销，在其基础上组建第45坦克旅，下辖两个坦克营和一个步兵营，装备30辆T-34坦克和7辆KV-1型坦克。年4月，第45坦克旅抵达了俄罗斯中部的沃罗涅日州，加入了刚刚组建的第4坦克军，后来改编成了第5近卫坦克军。
德军坦克进攻基辅年6月，苏军先后在刻赤半岛战役和哈尔科夫战役中失利，德国风头更劲，苏军入战略防御。6月30日，德军的第6集团军突破苏军第21第28集团军的防御，造成了突出顿河，占领沃罗涅日的威胁。危急时刻，第4坦克军火速赶到顿河地区，对德军后方和侧翼进行猛烈的反突击。最终第4坦克军暂时堵住了德军的突破口。然而德军在苏联西南方向的战略主动权并没有丧失，希特勒将主力集中于苏德战场的南翼，准备迅速攻占高加索和斯大林格勒，占领石油产地巴库和伏尔加河下游地区。苏联开始调集兵力防御，坚守斯大林格勒，第4坦克军被从防线上撤下来，加入了第1近卫集团军。
年8月中旬，德军第6集团军组成北突击集团，第4装甲集群组成南突击集团，对斯大林格勒发动了钳形攻势，他们动用的兵力达到了21万人、门火炮和辆坦克。8月23日，第6集团军主力渡过顿河，对斯大林格勒市区形成威胁；9月12日，德军突入斯大林格勒市区；10月14日，德军突至伏尔加河河岸，而就在德军在斯大林格勒的地狱熔炉中碰得头破血流的时候，第4坦克军加入了苏联西南方面军，进行了休整和整编，为即将到来的斯大林格勒反攻做好了准备。
11月19日拂晓，在持续80分钟的炮火准备后，西南方面军和斯大林格勒方面军集中13个集团军的兵力，从南北两个方向向斯大林格勒的德军发动了反攻。当天下午3点，第4坦克军突破了罗马尼亚第3集团军的阵地，6个小时内前进了25千米。11月23日，第4坦克军的第45坦克旅和第4机械化军的第35旅在卡拉奇会师，对德军形成合围，德军第6集团军和第4装甲集群的一部，共22个师，33万人被包围在了斯大林格勒。
第4坦克军对包围圈内的德军发起了进攻。年1月第4坦克军搭乘火车离开了前线，加入了刚刚成立的沃罗涅日方面军。尽管第4坦克军没有参加斯大林格勒的最后战斗，但由于和友邻部队出色地完成合围任务，它被苏军统帅部授予了“斯大林格勒坦克军”的光荣称号。
德军装甲部队进攻库尔斯克年1月12日，为了消灭德国B集团军群的沃罗涅目集群（下辖匈牙利第2集团军，罗马尼亚第3、第4集团军和意大利第8集团军）,苏军的沃罗涅目方面军发动了奥斯特罗戈日斯克一罗索什战役。第3、第4坦克军和第40集团军紧密配合，将匈牙利、罗马尼亚和意大利部队团团包围。1月24日，暴风雪笼罩着整个战场，气温骤降到零下20度，法西斯军队苦不堪言。当天晚上，红军发动了第二波攻势，解放了库尔斯克州的小城卡斯托尔诺耶，将德军第2集团军和匈牙利第3军的9个师包围在了卡斯托尔诺耶东南地域。苏军解放了沃罗涅日州大部和库尔斯克州一部，为了奖励第4坦克军的赫赫战功，苏联统帅部授予其“近卫军”的称号，将其命名为第5近卫坦克军，隶属第40集团军建制，它下辖的第45、第69、第坦克旅和第4摩步团也被命名为第20、第21、第22近卫坦克旅和第6近卫摩步团。