在莫斯科战役中，俄罗斯的严寒给缺乏冬季防护装备的德军造成了大麻烦，大批德军坦克、汽车引擎被冻坏、水箱被冻裂，许多德军士兵的枪栓也被冻住。12月5日，苏军在长达1000多公里的战线上对德军发动了全面反击，帝国师死守阵地，给德军的其他部队争取时间，避免了更大的损失，而帝国师则付出了10690多人伤亡的代价。
之后，帝国师又参战了勒热夫防御战，1942年3月，损失惨重的帝国师，已经无力再战了，被调回法国进行补充休整。在此期间，帝国师由一支摩托化步兵师改编为装甲掷弹兵师，在1942年，帝国师一直在法国进行新的军事训练，也因此错过了参加斯大林格勒战役。
斯大林格勒战役胜利后，苏军向德军南部集群发起进攻。德军统帅部将帝国师从法国调到苏德战场的前线，归曼施坦因指挥。帝国师在哈尔科夫反击战中，展现出极高的战斗素养和战斗力。该师以不可思议的快速突进方式，突破苏军60公里长的防线。在与德军第48装甲军会合后，对苏军的波波夫快速集群实施合围，迫使苏军下令后撤。
1943年3月14日，德军占领哈尔科夫，帝国师成为了最早夺取哈尔科夫的德军部队之一。此战之后，帝国师就成为了德军在东线最精锐的装甲部队，并在1943年7月，参加了库尔斯克大会战。库尔斯克会战期间，苏军共有191万军队参战，德军参战部队达到91.2万人。
这场战役期间，德军伤亡超过50万人，1500多辆坦克、5200多门火炮被摧毁，还损失了1000多架飞机。苏军伤亡超过80万人，6000多辆坦克、3000多门火炮被摧毁，损失1600多架飞机。1943年7月12日，有超过1500多辆坦克和自行火炮在普罗霍罗夫卡激战，也是人类战争史上最大规模的坦克战。
帝国师在库尔斯克战役中推进最远、战果最大，但也无法挽救德军在东线战场最终失败的命运。之后，帝国师又陆续参加了第四次哈尔科夫、基辅、米乌斯等多次战役。激烈的战斗中，帝国师损失了大批人员和重型武器装备，被迫再次返回法国休整。希特勒为帝国师补充了大量兵员和武器，并将帝国师编制改为党卫军第二“帝国”装甲师。
经过补充和调整后，帝国师的兵力超过2万人，装备有德国最先进的豹式和虎式坦克，战斗力大幅提升。1944年6月，盟军登陆诺曼底后，帝国师在卡昂－圣洛阻击盟军前进，直到7月底前，盟军都未能突破德军在卡昂－圣洛的防线。1944年8月初，帝国师攻占莫泰坦，帝国师成功掩护德军主力退过塞纳河。在法莱斯战役中，帝国师与霍亨斯陶芬师联手抵抗，为德军主力逃出盟军的包围圈争取了足够的时间。
帝国师还参加了阿登反击战、春醒行动等战役。1945年5月8日，德国向盟军宣布投降后，帝国师才向美军投降。帝国师从波兰打到苏联，又到法国参战。多次扮演战场救火队，有着极强的战斗力，即使被打残后，也能迅速重建，并恢复战斗力。党卫军帝国师也因此被盟军称为，二战时期，德军第一王牌部队。