2–3 августа дивизия была разделена на три боевые группы под началом командиров и штабов дивизии, 901-го моторизованного полка и 902-го моторизованного полка и воевала на различных участках в ходе сражения в Фалезском котле. Они прорвались из окружения по трем разным направлениям — пехота выходила вместе с 116-й танковой дивизией и 12-й танковой дивизией СС. По состоянию на 23 августа, когда дивизия наконец-то собралась в Сенли, ее части имели следующую численность:
130-й учебный танковый полк: 180 человек и 20 танков Pz-IV и Pz-V;
901-й моторизованный полк: 800 человек;
902-й моторизованный полк: 300 человек;
130-й учебный танковый артиллерийский полк: шесть 105-мм и шесть 150-мм самоходных гаубиц;
130-й танковый разведывательный батальон: 150 человек, восемь полугусеничных бронетранспортеров;
130-й танковый саперный батальон: 150 человек.
Отставшие от частей: 500 человек.
Раненые и вернувшиеся из отпуска: 750 человек.
24 августа дивизия получила 22 новых Pz-IV. Получив такое подкрепление, дивизия смогла постепенно отойти к «Западному валу», прикрывая Битбург, хотя потери опять были довольно велики. 1 сентября дивизия насчитывала 11 танков и менее 500 человек и не имела артиллерии. Когда 1 сентября дивизия была направлена в качестве отдельного соединения в распоряжение 1-й армии, она имела в своем составе один моторизованный батальон, шесть 105-мм гаубиц, одну саперную роту, пять танков, разведывательный взвод и особый батальон в 200 человек, укомплектованный солдатами, отставшими от своих частей. Она участвовала в начальном этапе боев на «линии Зигфрида» в Люксембурге вместе с LXXXI корпусом, после чего была направлена на переформирование в составе 6-й танковой армии в Падерборн (VI военный округ). Она получила 72 новых танка, 21 самоходное орудие и сотни солдат (в основном неважного качества). В ноябре 1944 года она вернулась в состав 1-й армии, которая в это время вела бои в Сааре, и помогла предотвратить развал Группы армий «Г» под ударами войск генерала Паттона, хотя она и была далеко не тем элитным соединением, которое остановило Союзников в Нормандии в июне. Командующий группой армий «Г» генерал Бальк, сам опытный командир танковых войск, был настолько поражен низкой боеспособностью Учебной танковой дивизии, что приказал 25-й моторизованной дивизии выделить полк для ее поддержки. Только своевременное прибытие этого полка позволило предотвратить окружение дивизии силами американских 4-й танковой и 4-й пехотной дивизий западнее Домфесселя 27 ноября.
После вывода с фронта в начале декабря Учебная танковая дивизия вновь получила, пополнение техникой и личным составом (также в основном невысокого качества). Тем не менее на 12 декабря дивизия располагала 30 танками Pz-IV, 23 «пантерами», 14 самоходными орудиями и 14 гаубицами (в основном тяжелыми). Вскоре она приняла участие в Арденнском наступлении, где дивизия, которой бездарно командовал генерал Байерляйн, в составе XXXXVII танкового корпуса вела осаду Бастони, но так и не сумела взять город. К 1 января 1945 года дивизия потеряла 2465 человек убитыми и еще 1475 человек ранеными и больными. Около 75 % бронетехники дивизии было выведено из строя, хотя значительная часть — только временно. Результаты сражения настолько расстроили генерала Байерляйна, что, по словам Фридриха фон Штауфенберга, он «ошеломленно носился от одной сражающейся части к другой». Байерляйна должен был сменить полковник Хорст Нимак, невероятно храбрый командир элитного фузилерного полка «Гроссдойчланд», но он был слишком занят отражением массированного советского наступления в Восточной Пруссии и не мог покинуть свой полк. Поэтому Байерляйн 25 января передал командование начальнику оперативного отдела своего штаба подполковнику Курту Кауфману.
После поражения в Арденнах Учебная танковая дивизия сражалась в Нидерландах на «линии Мааса» (март 1945 года), но не смогла помешать англо-британским войскам прорвать ее оборону. В начале марта дивизия безуспешно пыталась ликвидировать американский плацдарм под Ремагеном. В этих боях от Учебной танковой дивизии осталось всего 600 человек и 15 танков. Выдохшаяся дивизия в апреле 1945 года оказалась в Рурском котле и 15-го числа сдалась в плен американской 99-й пехотной дивизии.
Учебной танковой дивизией командовали: генерал-майор Озвин Гролиг (принял командование 27 декабря 1943 года), генерал-лейтенант Фриц Байерляйн (10 февраля 1944 года), полковник Рудольф Герхардт (исполняющий обязанности с 23 августа 1944 года), полковник барон Пауль фон Хаузер (исполняющий обязанности, сентябрь 1944 года), вновь Байерляйн (вернулся 8 сентября 1944 года), подполковник Курт Кауфман (5 января 1945 года), полковник (генерал-майор) Хорст Нимак (15 января 1945 года) и вновь полковник барон фон Хаузер (исполняющий обязанности, 3-15 апреля 1945 года).
ОЗВИН ГРОЛИГ исполнял обязанности командира дивизии с момента отдачи начальником инспекции танковых войск генерал-полковником Хайнцем Гудерианом приказа о формировании Учебной танковой дивизии (27 декабря 1943 года) до прибытия с Восточного фронта генерала Байерляйна. Краткие сведения о его карьере приведены в главе «25-я танковая дивизия. Командиры».
ФРИЦ БАЙЕРЛЯЙН (1899–1970), уроженец Вюрцбурга, поступил на военную службу фанен-юнкером в 1917 году. После Первой мировой войны он был отправлен в отставку, но вскоре вернулся в армию рядовым, поскольку не смог найти себе работу в охваченной хаосом послевоенной Германии. Получив офицерское звание в пехоте в 1922 году, Байерляйн занимал должности начальника тыла 3-й танковой дивизии (1938 год), начальника оперативного отдела штаба 10-й танковой дивизии (1939–1940 гг.), был начальником оперативного отдела в штабе Гудериана во Франции и на Восточном фронте (1940–1941 гг.), начальником штаба Африканского корпуса (1941–1942 гг.), начальником штаба танковой армии «Африка» (1942–1943 гг.), а также начальником штаба 1-й итало-германской танковой армии. Получив ранение за несколько дней до окончания боев в Африке, он был эвакуирован в Европу. После выздоровления командовал 3-й танковой дивизией на Восточном фронте (1943 год), после чего был назначен командиром Учебной танковой дивизии, которой командовал на Западном фронте со дня высадки Союзников в Нормандии почти до конца войны. В Рурском котле он командовал LIII корпусом и сдался в плен американцам в апреле 1945 года. Он был произведен в генерал-лейтенанты 1 мая 1944 года и был награжден Рыцарским крестом с дубовыми листьями и мечами. Несмотря на популярность Байерляйна у ряда западных историков вскоре после окончания войны, его действия в качестве командира Учебной танковой дивизии в Нормандии были вполне заурядными, а в ходе Арденнского наступления — просто бездарными. Так, во время этого сражения он потерял немало драгоценного времени, пытаясь соблазнить пленную американскую медсестру. В какой-то момент наступления барон Мантойфель, командовавший 5-й танковой армией, всерьез начал думать о смещении барона фон Люттвица с должности командира XXXXVII танкового корпуса, увязшего на окраинах Бастони. Судя по всему, от такого решения его удержало лишь то, что старшим командиром дивизии в XXXXVII танковом корпусе был Байерляйн, которого Мантойфель считал еще хуже Люттвица!