Когда 6 июня 1944 года Союзники высадились в Нормандии, 21-я танковая дивизия насчитывала 12 350 человек, 127 танков и 40 самоходных орудий. После отступления через Сену в августе того же года она потеряла всю бронетехнику и самоходные орудия, а в строю осталось всего 300 человек (некоторые отсутствовали из-за лечения в госпиталях или по другим причинам и позднее вернулись в дивизию). После отступления во Франции дивизия была отведена в тыл для спешного пополнения низкокачественными войсками из состава 16-й авиаполевой дивизии люфтваффе, которая уже к тому времени была отдана под оперативный контроль 21-й танковой дивизии. После отправки в Лотарингию дивизия получила 112-ю танковую бригаду (2112-й танковый батальон и 2112-й моторизованный полк), и ее танковый полк был переименован в 22-й танковый полк. С более качественными танками, но менее качественной пехотой дивизия была передана в распоряжение группы армий «Г», где она выполняла функции «пожарной команды» на южном участке Западного фронта. В конце 1944 года она воевала в Сааре, а в январе 1945 года 21-я танковая дивизия участвовала в наступлении на Страсбург и в боях в Северном Эльзасе, после чего в феврале была переброшена на Восточный фронт. К тому времени в дивизии остался всего один танковый батальон. 21-я танковая дивизия принимала участие в безуспешной обороне Лаубана, Герлица и Коттбуса, а в конце войны была окружена в Хальбском котле под Берлином, где были разгромлены основные силы 9-й армии. Практически все уцелевшие солдаты и офицеры дивизии попали в советский плен.
5-й легкой (21-й танковой) дивизией командовали: генерал-майор барон Ганс фон Функ (принял командование 1 января 1941 года), генерал-майор Карл Беттхер (1 февраля 1941 года), генерал-лейтенант Йоханнес Штрайх (7 февраля 1941 года), генерал-майор Генрих Кирххайм (16 мая 1941 года), генерал-майор барон Иоганн фон Равенштейн (20 мая 1941 года), полковник Густав-Георг Кнабе (29 ноября 1941 года), вновь Беттхер (1 декабря 1941 года), полковник Альфред Брюр (9 февраля 1942 года), полковник (генерал-майор) Георг фон Бисмарк (11 февраля 1942 года), полковник барон Курт фон Либенштейн (1 сентября 1942 года), генерал-майор Хайнц фон Рандов (18 сентября 1942 года), полковник (генерал-майор) Ганс-Георг Гильдебрандт (1 января 1943 года), полковник (генерал-майор) Генрих-Герман фон Хюльзен (15 марта 1943 года), генерал-майор (генерал-лейтенант) Эдгар Фойхтингер (15 июля 1943 года), генерал-майор Озвин Гролиг (15 января 1944 года), генерал-майор Франц Вестхофен (8 марта 1944 года), Фойхтингер (вернулся 8 мая 1944 года), полковник Гельмут Цолленкопф (25 декабря 1944 года) и генерал-майор (генерал-лейтенант) Вернер Маркс (10 января 1945 года).