Новая дивизия получила боевое крещение в Советском Союзе, переправившись через Буг в танках, приспособленных для движения под водой и предназначавшихся изначально для операции «Морской лев» (высадки в Великобритании). Остаток 1941 года дивизия провела, участвуя в различных сражениях на центральном участке фронта, в том числе в окружении советских войск под Минском, в боях за Смоленск, на днепровских переправах, под Рославлем, Брянском, Москвой и Орлом. Она также участвовала в окружении Киева на южном участке (в основном прикрывая тыл 2-й танковой группы). В первые недели после вторжения 18-я танковая дивизия вела исключительно тяжелые бои и уже к концу июля потеряла более половины танков (большинство из них — при наступлении на Рославль). За первые 60 дней боев дивизия потеряла почти 6 тысяч человек — больше трети от ее численности до начала вторжения. К 9 июля в дивизии оставалось лишь 83 боеспособных танка — 39 процентов от того, что было всего тремя неделями раньше.
К концу июля в дивизии на ходу оставалось всего 12 машин (21 июня их было 212).
18-я танковая дивизия встретила зимнее наступление советских войск 1941/42 года вблизи советской столицы, хорошо проявив себя в боях, но потеряв при этом значительную часть личного состава. В январе 1942 года она нанесла контрудар, увенчавшийся частичным успехом. Несмотря на подавляющее численное превосходство противника, дивизия прорвала его оборону и помогла выйти из окружения немецкому гарнизону Сухиничей. Затем дивизия отступила к Угре, где ей вновь пришлось отбивать мощные атаки. Она все еще оставалась там, когда наступила весенняя распутица. Тем временем потери к 25 января 1942 года довели численность дивизии до 10 459 человек, из которых лишь 5443 были боеспособны. Непрерывные бои вели к постоянному изменению качества дивизии. К ноябрю 1941 года дивизионный священник писал: «Это уже не старая дивизия. Повсюду новые лица. Когда кто-то о ком-то спрашивает, выбор ответов невелик: убит или ранен». Качество пополнений, когда они поступали, обычно было ниже, чем у тех, кого они призваны были заменить.
15 июня 1942 года из-за больших потерь дивизия была переформирована. Сильно потрепанный 18-й танковый полк был расформирован, а его штаб пошел на формирование штаба 9-го танкового полка (25-я танковая дивизия). I батальон 18-го танкового полка стал 160-м танковым батальоном и был направлен в 60-ю моторизованную дивизию, на базе III батальона был сформирован 103-й танковый батальон 3-й моторизованной дивизии, а II батальон остался в дивизии в качестве 18-го танкового батальона — ее единственной танковой части. В это же время дивизия получила 292-й армейский зенитно-артиллерийский дивизион, но потеряла 88-й танковый разведывательный батальон, который был отправлен в тыл, чтобы стать учебной частью разведывательных и кавалерийских войск. Новый 88-й танковый разведывательный батальон был сформирован из 18-го мотоциклетного батальона 29 апреля 1943 года. Штатная численность дивизии уменьшилась с более чем 17 тысяч до примерно 14 тысяч человек. Однако это сокращение было чисто теоретическим: фактически боевая численность дивизии составляла не больше 7000 человек.
Летом 1942 года 18-я танковая дивизия была направлена на южный участок Восточного фронта, где она приняла участие в начальной стадии наступления на Сталинград, но вскоре была передана обратно в состав группы армий «Центр», где ей пришлось принимать участие в оборонительных боях под Орлом 1942–1943 гг. Весной она приняла участие в ряде противопартизанских операций, а в июле сражалась под Курском. В ходе этого наступления 18-я танковая дивизия была практически уничтожена. 11 июля ее боевая численность составляла 5432 человека, но за следующие десять дней она потеряла 4028 человек. Командир дивизии генерал-майор Вильгельм фон Шляйбен усиливал боевые части единственным доступным ему способом: расформировывал части снабжения, большинство из которых уже в любом случае были бесполезны. Резервная армия также направила в 18-ю танковую дивизию пополнения, но в основном это были плохо обученные новобранцы старших возрастов, с появлением которых качество дивизии лишь еще более ухудшилось.
К середине сентября в составе 18-й танковой дивизии осталось всего четыре моторизованных батальона численностью около 130 человек (меньше довоенной роты) в каждом. Участились случаи дезертирства, которое до 1943 года было делом практически неслыханным. К осени 1943 года 18-я танковая дивизия вела бои под Киевом. Затем она участвовала в отступлении к Днепру и понесла большие потери в контрударах на брянском, оршанском и витебском направлениях, в результате чего 29 сентября 1943 года ее пришлось расформировать. Способствовал принятию этого решения и низкий боевой дух дивизии. Большая часть остатков дивизии вошла в состав 18-й артиллерийской дивизии, включая штаб дивизии, разведывательный батальон, батальон связи и противотанковый дивизион. 18-й танковый батальон стал 504-м танковым батальоном, частью резерва Генерального штаба под оперативным управлением группы армий «Центр». Большая часть личного состава 101-го моторизованного полка была переведена в 14-ю моторизованную дивизию.
18-й танковой дивизией командовали: генерал-майор (генерал-лейтенант) Вальтер Неринг (принял командование 26 октября 1940 года), генерал-майор (генерал-лейтенант) барон Карл фон Тюнген-Россбах (26 января 1942 года), полковник (генерал-майор) Альберт Праун (исполняющий обязанности, июль 1942 года), Тюнген (вернулся 24 августа 1942 года), генерал-майор Эрвин Менни (исполняющий обязанности с 15 сентября примерно до конца 1942 года), Тюнген (вернулся в конце 1942 года) и полковник (генерал-майор) Карл-Вильгельм фон Шлибен (1 апреля 1943 года).
18-я артиллерийская дивизия была сформирована 1 октября 1943 года, и к концу месяца в ее состав входили 88-й артиллерийский полк (бывший 88-й танковый артиллерийский полк 18-й танковой дивизии), а также 288-й и 388-й артиллерийские полки, которые были сформированы из различных источников. Дивизия присоединилась к 4-й танковой армии в январе 1944 года и сражалась под Винницей. В марте 1944 года она вместе с остальной 1-й танковой армией была окружена в «котле Хубе», однако в следующем месяце она вырвалась из окружения и вышла к немецким позициям. Затем 18-я артиллерийская дивизия была выведена в тыл и расформирована. Штаб дивизии был использован для формирования штаба танкового корпуса «Гроссдойчланд». Артиллерийские полки были использованы для формирования отдельной артиллерийской бригады. Все время существования 18-й артиллерийской дивизии ею командовал генерал-майор (генерал-лейтенант) Карл Тохольте.
ВАЛЬТЕР НЕРИНГ (р. 1892) поступил на службу в пехоту фанен-юнкером в 1911 году. Рано перейдя в танковые войска, он командовал 5-м танковым полком (1937–1939 гг.), был начальником штаба в XIX моторизованном (затем — танковом) корпусе Гудериана (1940 год), после чего принял командование 18-й танковой дивизией. Неринг был произведен в генерал-лейтенанты 1 февраля 1942 года, а всего через пять месяцев, 1 июля 1942 года, он стал генералом танковых войск. Затем он покинул Россию и командовал Африканским корпусом (1942 год), пока не был тяжело ранен в результате налета истребителей-бомбардировщиков Союзников в ночь с 31 августа на 1 сентября 1942 года во время наступления на хребет Алам-Хальфа. Вернувшись в строй в ноябре, он командовал вновь сформированным ХС корпусом во время начала наступления американцев на Тунис, захват которого ему удалось предотвратить. Геббельс раскритиковал Неринга, который рассорился с нацистами из-за Туниса, длительную оборону которого он считал невозможной. То, что дальнейшие события показали его правоту и ошибочность мнения фюрера, ничего не значило — путь к дальнейшему повышению по службе ему был навсегда закрыт. С февраля 1943 года по март 1945 года он командовал XXIV танковым корпусом на Восточном фронте. В результате наступления советских войск в январе 1945 года корпус Неринга был окружен. Несмотря на семикратное превосходство противника, он сформировал «блуждающий котел» и двинулся через советский тыл, отбивая десятки атак численно превосходящих сил со всех сторон, пока не вышел к немецким позициям. При этом он спас от советских войск тысячи мирных жителей. К моменту выхода к немецким позициям в «блуждающем котле» было больше гражданских, чем солдат. Это едва ли не самый блестящий подвиг, совершенный за время Второй мировой войны. В результате Неринг 22 марта 1945 года получил должность командующего 1-й танковой армией в Чехословакии, но без повышения в чине. 9 мая 1945 года он вместе со штабом капитулировал перед американцами. По моему мнению, Неринг был лучшим танковым командиром Второй мировой войны. Он умер в Дюссельдорфе 20 апреля 1983 года в возрасте 90 лет.