I det meste af sin historie var divisionen opdelt i tre regimenter: 7th Panzer, og 69th og 86th Panzergrenadier (mekaniseret infanteri). Andre enheder omfattede et artilleriregiment og en hver af motorcykel-, rekognoscerings-, kampvognsdestruktions-, ingeniør- og signalbataljoner.
Den 10. Panzerdivision blev først dannet den 1. april 1939 i Prag som en sammensat formation bestående af tidligere etablerede enheder fra hele Tyskland. Mange af disse enheder blev overført fra den 20. motoriserede division, den 29. motoriserede division og den 3. lette division. I efteråret 1939 var divisionen stadig ved at blive dannet, men blev ikke desto mindre forpligtet til invasionen af Polen, før processen var afsluttet. Af den grund forblev 10. Panzerdivision i reserve i det meste af dette felttog. Den blev i august flyttet fra Pommern ind i Polen, hvor den i al hast fik kontrol over 7. panserregiment, 4. panserbrigade og flere SS-enheder.
Divisionen var færdig med sin dannelse i begyndelsen af 1940. Den bestod af 10. skyttebrigade med 69. og 86. skytteregiment, 4. panserbrigade med 7. og 8. panserregiment og 90. artilleriregiment.
Når divisionen var færdig, blev den sendt til Frankrig for at deltage i invasionen af landet. Den 10. Panzerdivision, der blev indlemmet i XIX Motorized Corps, blev indsat i den sydlige akse af kampen sammen med 1. og 2. Panzerdivision samt Infantry Regiment Großdeutschland. Den rykkede gennem Luxembourg og brød igennem de franske linjer ved Meuse-floden nær Sedan og rykkede hele vejen til Den Engelske Kanal i sit første engagement. Ved Sedan forblev divisionen kortvarigt i reserve for at beskytte det tyske brohoved på den anden side af floden mod et fransk modangreb. Herfra skubbede divisionen de allierede styrker væk fra havnene i Flandern-regionen, inden den deltog i oprydningsoperationer i de vestlige områder af Frankrig efter den franske kapitulation. Herefter deltog divisionen i besættelsesopgaver og uddannelse i Frankrig.
I marts 1941 blev divisionen kaldt tilbage til Tyskland og flyttede i juni samme år til grænsen til Sovjetunionen som forberedelse til Operation Barbarossa. Da invasionen blev indledt, deltog divisionen i slaget ved Białystok-Minsk, i kampene ved Smolensk og Vyasma og i slaget om Moskva. Under den sovjetiske vinteroffensiv 1941-1942 holdt den stillinger ved Yukhnov, nær Rzhev, mod gentagne sovjetiske modangreb fra januar til april 1942. Herefter blev den udmattede division trukket tilbage til Amiens i Frankrig for at blive reformeret.
I 1942 blev divisionen overført til Dieppe, hvor den spillede en mindre rolle i modarbejdet til de allierede styrkers Dieppe-raid. Da de allierede gik i land i Nordafrika, blev 10. Panzerdivision sat på besættelsestjeneste i Vichy Frankrig og hastet til det afrikanske teater i slutningen af 1942, så snart transport blev tilgængelig. I december 1942 gik divisionen, der nu var en del af Fifth Panzer Army, i land i Tunesien. Her deltog de i slaget ved Kasserinepasset og flere af de andre tidlige kampe med enheder fra den amerikanske hær, som netop var blevet engageret i krigen. De deltog også i den mislykkede akseoffensiv Operation Ochsenkopf i slutningen af februar 1943. Da akselinjen brød sammen i maj 1943, blev divisionen fanget i en fælde. Den overgav sig den 12. maj og blev aldrig genopbygget.