Дивизия сражалась в 1939 году на юге Польши, после чего Верховное командование сухопутных войск (ОКХ) пришло к выводу, что легкие дивизии слишком неповоротливы для эффективного применения. В результате 1-я легкая дивизия была переформирована в танковую. То же произошло и с 2-й, 3-й и 4-й легкими дивизиями, которые стали, соответственно, 7-й, 8-й и 9-й танковыми дивизиями. 1-я легкая дивизия стала 6-й танковой 18 октября 1939 года и на начальном этапе состояла из вновь сформированной 6-й моторизованной бригады (4-й и 114-й моторизованные полки и 6-й мотоциклетный батальон), 11-го танкового полка, 65-го танкового батальона, 76-го танкового артиллерийского полка и соответствующих вспомогательных частей дивизионного подчинения. Хотя новые танковые дивизии были меньше созданных ранее и оснащены танками Pz-35(t) чешского производства, они очень неплохо зарекомендовали себя на Западе. (Чешские танки были очень сложны в обслуживании в основном из-за того, что шедшие с ними руководства по техническому обслуживанию были на чешском языке, которым немецкие механики не владели.) 6-я танковая дивизия с боями прошла через Бельгию, форсировала Мез и сыграла важную роль в наступлении к Ла-Маншу, в ходе которого она прошла 350 км за 9 дней и в Касселе разгромила и захватила в плен британскую 145-ю пехотную бригаду. Дивизия участвовала в завоевании Фландрии и в последующем наступлении на юг, двигаясь от рубежа реки Эна в стороны франко-швейцарской границы. После возвращения в Германию дивизия рассталась со значительной частью личного состава, который пошел на формирование новой 16-й танковой дивизии, но получила в свой состав 114-й моторизованный полк (ранее — 243-й пехотный полк 60-й пехотной дивизии) и третий артиллерийский дивизион. Теперь в составе дивизии было 239 танков, но лишь 12 из них были Pz-III, да и те уступали советским Т-34, KB и КВ-2, с которыми им вскоре предстояло столкнуться.
В сентябре 1940 года 6-я танковая дивизия была направлена в Восточную Пруссию, а затем в Польшу, где она и оставалась до июня 1941 года, когда пересекла границу Советского Союза. 6-я танковая дивизия прорвала «линию Сталина», форсировала Западную Двину, сражалась под Островом и форсировала Лугу, пройдя за три недели более 800 км. Здесь по приказу ОКХ дивизия остановилась, чтобы дождаться, пока подтянутся коммуникации и пехотные части, и ее наступление на Ленинград возобновилось лишь 8 августа. К этому времени советское командование оправилось от удара, и бои стали более ожесточенными, но 9 сентября части дивизии заняли Дудергофские высоты к юго-западу от города и доложили, что видят Ленинград и море. Однако Гитлер приказал не штурмовать город, предпочитая принудить его к капитуляции голодом. В октябре он перебросил 6-ю танковую дивизию вместе с остальными танковыми частями группы армий «Север» в распоряжение группы армий «Центр», и 6-я танковая дивизия приняла участие в наступлении на Москву. Здесь дивизии предстояло принять участие в исключительно упорных боях под Вязьмой, Калинином, Клином и Москвой. Температура упала до -30 °C, и все чешские танки, в которых использовались пневматические муфты, тормоза и системы управления, от холода вышли из строя. 6 декабря по приказу Сталина началось зимнее наступление советских войск 1941/42 года, и через четыре дня 6-я танковая дивизия потеряла свой последний боеспособный танк, носивший весьма подходящее имя «Anton, der Letzte» — «Антон Последний». Из-за морозов двигатели машин невозможно было завести без предварительного прогрева с помощью самодельных печей. Поскольку таких печей было немного, часто приходилось прибегать к разогреву двигателей с помощью костров или паяльных ламп. Результат был вполне предсказуем: немало машин было потеряно в результате пожаров и взрывов, и по крайней мере в одном случае, когда пожар не удалось потушить вовремя, выгорела дотла целая деревня (вместе с находившейся в ней немецкой автоколонной).