Au cours de la Bataille de la France de mai 1940 la division est rattachée au XVI Panzer Corps du Général Erich Hoepner, elle-même faisant partie du groupe d'armées B de Fedor von Bock de la 6e armée sous le commandement de Walter von Reichenau. Son objectif est d'attirer les forces franco-anglaises hors de France vers les Pays-Bas pour laisser le champ libre aux autres Panzerdivisions engagées. Elle combat au sud de Bruxelles (Gembloux) où elle est engagée contre la 3e division mécanisée française.
Le 22 juin 1940 au matin, une colonne de 150 chars de la 3e division de panzers, suivie d'éléments de la 7ème division motorisée tente de forcer le seuil de Voreppe. C'est dans cette situation désespérée que le général Georges Marchand, exploitant au mieux la topographie de la trouée de Voreppe, verrouille la poche de Grenoble.
Par une nuit noire et sous une pluie torrentielle, un groupe de canons lourds tractés, dirigés par le bouillonnant capitaine Charles-Azaïs de Vergeron, parcourt 80 kilomètres tous feux éteints par les routes de montagne en moins de huit heures. À trois heures du matin, le général Marchand retrouve le groupe de Vergeron au pont du Drac.
Le 24 juin, le 16ème corps blindé allemand se déploie devant les troupes françaises bien camouflées. Ignorant la présence des canons français de longue portée, les blindés de la 3e Panzer se rassemblent et s’apprêtent à forcer la trouée de Voreppe.