Серьезно потрепанная дивизия (а к 19 ноября в составе дивизии насчитывалось всего 4000 человек) в середине ноября уступила позиции под Сталинградом 94-й пехотной дивизии и получила приказ отойти к Донцу для пополнения. До 19 ноября, когда по приказу Сталина было начато крупномасштабное контрнаступление, завершившееся 23 ноября окружением немецкой 6-й армии под Сталинградом, отход завершен не был. Основной удар пришелся как раз на направление отхода дивизии. Штаб 16-й танковой дивизии, 79-й моторизованный полк, большая часть 64-го моторизованного полка и 16-й танковый артиллерийский полк остались в окружении. Передовые части дивизии — 16-й дивизион истребителей танков, 2-й танковый полк, I батальон 64-го моторизованного полка и 16-й танковый саперный батальон — были выбиты из Калача 21 ноября и направились на запад, уходя подальше от котла. Эти части были сведены в две (позднее — в три) боевые группы во главе с полковником Рудольфом Зикениусом, командиром 2-го танкового полка.
Оставшаяся часть дивизии осталась в ловушке в Сталинграде и была там уничтожена. Уцелевшие сдались в плен в начале февраля 1943 года.
Вторая 16-я танковая дивизия была сформирована в Бретани в феврале — марте 1943 года. Ее ядро составили 3400 ветеранов первой дивизии, которым посчастливилось избежать катастрофы под Сталинградом или получить ранение и быть эвакуированными из окружения по воздуху, а также 600 русских «хиви» (добровольцев). Также в новый состав дивизии вошли 890-й моторизованный полк и другие части резерва Генерального штаба, а также подкрепления из состава 7-й армии. Теперь дивизия состояла из 2-го танкового полка (три батальона), 64-го и 79-го моторизованных полков (по два батальона в каждом), 16-го мотоциклетного батальона, который 1 апреля был преобразован в 16-й танковый разведывательный батальон, 16-го танкового артиллерийского полка (три дивизиона), 16-го дивизиона истребителей танков, 16-го саперного батальона и 274-го армейского зенитно-артиллерийского дивизиона. Дивизионные части обеспечения также имели номер 16. В июне дивизия была направлена в Италию, в район Таранто, а затем была переброшена в район Салерно незадолго перед высадкой в Италии англо-американских войск. В этой десантной операции, состоявшейся 9 сентября, участвовали 450 кораблей и судов и 169 тысяч человек при поддержке 20 тысяч самолетов. 16-я танковая дивизия приняла на себя основной удар и нанесла тяжелые потери высадившимся Союзникам, которые к 18 сентября потеряли почти 7 тысяч человек убитыми, ранеными и пленными. Однако за тот же период немцы потеряли 840 человек убитыми, 2002 — ранеными и 630 — пропавшими без вести. Не меньше 90 % от этих потерь приходились на долю 16-й танковой дивизии, которая также потеряла в тяжелых боях две трети своих танков (причем значительная часть этих потерь приходилась на обстрелы с моря).
16-я танковая дивизия составила арьергард немецкой 10-й армии при отступлении на линию Авеллино — Офанто и нанесла ощутимый удар преследовавшему ее американскому 6-му корпусу под Теорой (24–25 сентября). Она осталась на фронте и вела сдерживающие действия против британской 8-й армии севернее Неаполя до ноября 1943 года, когда она была переброшена обратно на Восточный фронт. 16-я танковая дивизия немедленно была брошена в бой на стыке 2-й и 9-й армий, где образовался разрыв. После обороны на участке между Припятью и Березиной дивизия была спешно переброшена на южный участок фронта, где ей снова предстояло вести оборонительные и наступательные бои в районе Погребища (4–31 января 1944 года). Затем дивизия своим ходом направилась на участок севернее Умани для участия в частично успешной попытке деблокировать XI и XXXXII корпуса, окруженные под Черкассами. После того как части окруженных войск удалось вырваться из кольца, 16-я танковая дивизия вернулась на участок севернее Умани, чтобы вновь принять участие в оборонительных боях (20–26 февраля).
Как и большинство танковых дивизий Восточного фронта, 16-я использовалась в качестве «пожарной команды», которая контратаковала, оборонялась, а затем ее отводили в тыл и бросали тушить очередной пожар. С 6 по 22 марта дивизия вела бои за Тарнополь, но 23 марта была окружена вместе с остальными войсками 1-й танковой армии. В составе «блуждающего котла Хубе» она вырвалась из окружения и 10 апреля вышла к немецким позициям. Несмотря на тяжелые потери и довольно малочисленные подкрепления, 16-я танковая дивизия осталась на фронте и в апреле вела оборону по Днестру, а затем была переброшена на участок Делятин — Коломыя для частичного пополнения (28 апреля–16 мая). Дивизии вновь пришлось вступить в бой 17 мая, когда советские войска подошли к Коломые, который она обороняла вместе с венгерской 25-й пехотной дивизией до 30 мая. 8 июня, после череды оборонительных боев, дивизия была вновь отведена в тыл для продолжения переформирования.
После частичного переформирования опытная дивизия сражалась на рубеже Буга (2–31 июля), отступала в глубь Польши, принимала участие в безуспешной попытке ликвидировать Сандомирский плацдарм (4-31 августа) и вела противопартизанские действия в районе Далешице (1 сентября–15 октября 1944 года). После отвода с передовой 15 октября дивизия была частично пополнена XXIV танковым корпусом за счет частей корпусного подчинения. 79-й моторизованный полк был переименован в 79-й моторизованный фузилерный полк (корпусной) и остался в распоряжении корпуса. Однако II батальон 79-го полка остался в составе дивизии в качестве нового III батальона 64-го моторизованного полка. Бывший II батальон 63-го моторизованного полка (17-й танковой дивизии) стал II батальоном 79-го моторизованного фузилерного полка.
Вновь оказавшись на сандомирском направлении к 1 января 1945 года, обескровленная дивизия вместе с остальными силами XXIV танкового корпуса попала в окружение в результате массированного наступления советских войск. Благодаря искусству командира корпуса генерала Неринга, 25 января дивизии удалось выйти к немецким позициям в районе Глогау на Одере.
1 февраля 16-я танковая дивизия наконец была отведена на отдых и переформирование, но 8 февраля была вновь брошена в бой в попытке остановить советское наступление на Нейссе. Последние бои дивизия вела на юго-востоке Германии и в Чехословакии (в районе городов Лаубан и Брно), где ее и застал конец войны. 7 мая 1945 года, когда Гитлер был уже мертв, а Третий рейх бился в агонии, 16-я танковая дивизия разделилась на три группы и направилась в сторону позиций англо-американских войск, пытаясь избежать советского плена. Первой группе удалось добраться до Карлсбада, где она сдалась американцам. Второй группе повезло меньше, и она была вынуждена капитулировать перед советскими войсками в Троппау. Третья группа, в которой значительная часть личного состава была одета в трофейную советскую форму, ускользнула от советских войск и достигла Пильзена, где сдалась американцам. Однако она была вскоре передана Советской армии.
Дивизией командовали: генерал-майор (генерал-лейтенант) Герхард Глокке (принял командование 1 октября 1934 года), генерал-майор Готтард Хайнрици (1 октября 1937 года), генерал-майор Генрих Крампф (1 февраля 1940 года), генерал-майор (генерал-лейтенант) Ганс-Валентин Хубе (17 мая 1940 года), генерал-майор (генерал-лейтенант) Гюнтер фон Ангерн (15 сентября 1942 года), подполковник доктор Верманн (2 февраля 1943 года), полковник Буркхарт Мюллер-Гиллебрандт (февраль 1943 года), полковник (генерал-майор) Рудольф Зикениус (5 марта 1943 года), полковник (генерал-майор) Ганс-Ульрих Бак (8 ноября 1943 года), полковник (генерал-майор, генерал-лейтенант) Дитрих фон Мюллер (август 1944 года), полковник Теодор Кречмер (исполняющий обязанности, ^декабря 1944 года), фон Мюллер (вернулся 28 февраля 1945 года), доктор Альбрехт Ашофф (19 апреля 1945 года) и полковник Курт Тройхаупт (20 апреля 1945 года).
ГЕРХАРД ГЛОККЕ (1884–1944) поступил на военную службу в 1903 году и на следующий год получил первый офицерский чин в пехотном полку. Прежде чем принять командование дивизией, он командовал 16-м пехотным полком. В день вступления в должность командира 16-й дивизии он получил звание генерал-майора, а 1 октября 1936 года был произведен в генерал-лейтенанты. Получив звание генерала пехоты в 1940 году, он командовал VI военным округом с начала войны и до самой смерти в Мюнстере 5 июня 1944 года.
ГОТТАРД ХАЙНРИЦИ (1886–1971) был надежным и исключительно способным пехотным и танковым командиром. Он проявлял огромное упорство в обороне, а искусство, с которым он вел отступательные действия, было поистине легендарным. Поскольку он не обладал харизмой Патона или Роммеля, сегодня он практически неизвестен, но он был одним из лучших командиров среди генералов обеих сторон. После командования 16-й дивизией в Польше Хайнрици был исполняющим обязанности командира VII корпуса (1940 год), исполняющим обязанности командира XII корпуса (1940 год), командиром XXXXIII корпуса (1940–1942 гг.), командующим 4-й армией (20 января 1942 г. — 4 июня 1944 г.), командующим 1-й танковой армией (1944–1945 гг.) и командующим группой армий «Висла» (1945 год). Он был произведен в генерал-лейтенанты 1 марта 1938 года, в генералы пехоты — 20 апреля 1940 года и в генерал-полковники — 1 января 1943 года. Он был награжден Рыцарским крестом с дубовыми листьями и мечами. Уроженец Восточной Пруссии, Хайнрици начал военную службу фанен-юнкером в 95-м (6-м Тюрингском) пехотном полку в 1905 году. После освобождения из британского плена в 1948 году Хайнрици поселился в Вайблингене, где и умер в возрасте 85 лет.