Постепенно дивизия стала приобретать законченный вид. III батальон 146-го полка был преобразован в 87-й мотоциклетный батальон в октябре, 1 ноября в Кельне был сформирован 87-й батальон связи, а II батальон 193-го пехотного полка был направлен в 146-й моторизованный полк в качестве III батальона. В декабре 214-й танковый батальон стал I батальоном 9-го танкового полка, а 40-й отдельный танковый батальон вошел в состав новой дивизии в качестве II батальона 9-го танкового полка. В начале января 1943 года был создан штаб 9-го танкового полка. 87-й дивизион истребителей танков был сформирован в марте 1943 года, а 7 апреля 87-й мотоциклетный батальон стал 25-м танковым разведывательным. 15 мая 1943 года в состав дивизии вошел 147-й моторизованный полк, состоявший на первоначальном этапе только из штаба и I батальона (бывшего III батальона 146-го моторизованного полка). В том же месяце в его состав вошли 91-й танковый артиллерийский дивизион (бывший 91-й артиллерийский дивизион) и вновь сформированные II и III батальоны из XI военного округа.
Дивизия получила боевое крещение 28 февраля 1943 года в стычке с норвежскими партизанами в районе Рьюкана. Во второй половине августа дивизия была переправлена по морю из Осло в Копенгаген, а 28 августа приняла участие в операции «Тиволи-аусфлюг» — разоружении датской армии. В Норвегии дивизия оставила I батальон 9-го танкового полка, который был переименован в танковый батальон «Норвегия», а впоследствии составил ядро танковой дивизии «Норвегия». Позднее в состав дивизии был включен 279-й армейский зенитно-артиллерийский дивизион.
25-я танковая дивизия была сильно недоукомплектована до сентября 1943 года, когда ее перебросили в район Аррас — Амьен — Камбрэ на севере Франции. Еще больше дивизию ослабила передача более чем 600 различных машин (все были относительно новыми) в 14-ю танковую дивизию, которая восстанавливалась после разгрома под Сталинградом. Что еще хуже, в составе 25-й танковой дивизии было непропорционально много необстрелянных новобранцев и слишком мало ветеранов. Тем не менее вскоре она отправилась на Восточный фронт, где в течение двух с половиной лет (всего с одной значительной передышкой) вела бои на центральном и южном направлениях. Она понесла огромные потери (в основном из-за отсутствия опыта) в боях под Киевом в октябре и ноябре 1943 года. И все же она сыграла важную роль в ликвидации крупного прорыва советских войск восточнее Фастова (к юго-западу от Киева). Позднее дивизия участвовала в контрударах на Киевском выступе, вдоль шоссе Киев — Житомир, а также под Винницей, Проскуровом, Чортковом и Станиславом.
К январю 1944 года дивизия понесла столь тяжелые потери, что совершенно утратила ценность как ударная часть, и высшее командование стало подумывать о ее расформировании. К началу 1944 года остатки 147-го моторизованного полка влились в ряды 2-го моторизованного полка дивизии. Оставшийся танковый батальон был практически уничтожен, от противотанкового дивизиона остались жалкие крохи, а 91-й танковый артиллерийский полк по силе едва соответствовал ослабленному дивизиону. 25-я танковая дивизия вновь понесла большие потери при отступлении на Северной Украине в марте 1944 года, когда она попала в окружение вместе с 1-й танковой армией в «котле Хубе». В апреле в дивизии оставалось всего 8000 человек, и ее отправили в Ольборг (Дания) на переформирование. Здесь в ее ряды влились основные силы танковой дивизии «Норвегия», переформированной в бригаду. Однако едва пополнение дивизии завершилось, как она пала жертвой идеи «танковых бригад». Ей и 233-й резервной танковой дивизии было приказано передать 8300 человек во вновь формируемые танковые бригады (этот эксперимент не увенчался успехом). Танковый батальон «Норвегия» был передан 103-й танковой бригаде, где он стал 2103-м танковым батальоном, а II батальон 9-го танкового полка, который был полностью оснащен «пантерами», был направлен в 104-ю танковую бригаду, где стал 2104-м танковым батальоном. Кроме того, дивизия передала значительную часть личного состава в 109-ю танковую бригаду, включая большую часть штаба 146-го моторизованного полка, на основе которого был сформирован штаб бригады.
Тем временем был восстановлен 91-й танковый артиллерийский полк. Его I дивизионом стал III дивизион 2-го учебного моторизованного артиллерийского полка из 2-й артиллерийской школы, а II дивизион был сформирован из остатков трех первоначальных дивизионов, уцелевших в ходе сражений на Востоке.
В августе 25-я танковая дивизия была передислоцирована на полигон Вильдфлекен в IX военном округе, где был частично восстановлен 25-й танковый разведывательный батальон. Однако положение на Восточном фронте ухудшилось настолько, что в сентябре 25-ю танковую дивизию пришлось бросить в бой, так и не завершив ее пополнение. Ее фактическая численность составляла один моторизованный батальон, один танковый артиллерийский дивизион и один неполный танковый батальон. Однако при этом исчезла проблема неопытности. В качестве боевой группы она сражалась под Пултуском (Остенбургом) и при обороне Варшавы (сентябрь 1944 года). 87-й танковый саперный батальон был передан сводному корпусу фон дем Баха, который пытался подавить восстание в Варшаве, но на начальном этапе не смог добиться успеха. Батальон потерял своего командира и двух командиров рот, убитых польскими снайперами. Затем в бой была брошена вся дивизия, за исключением танкового полка, который был передан в распоряжение штаба IV танкового корпуса СС. Ей лишь однажды удалось добиться крупного успеха, когда в результате внезапного удара было захвачено 218 пленных. В то же время 87-й танковый саперный и 25-й танковый разведывательный батальоны потеряли в боях в пригородах польской столицы 110 человек убитыми и 240 ранеными. Наконец боевая группа 25-й танковой дивизии была выведена из района Варшавы и направлена на фронт, где заняла оборону на участке советских плацдармов на реке Нарев. Однако ее артиллерийский полк был передан для поддержки 6-й фольксгренадерской дивизии.
6 ноября 1944 года дивизия наконец-то получила подкрепления. В ее состав вошли 2111-й танковый батальон (111-й танковой бригады) и остатки 104-й танковой бригады, включая 2104-й танковый батальон (четыре роты, в том числе 25 «пантер»), 2104-й моторизованный батальон (три роты) и несколько рот обеспечения бригад. Она также получила несколько подразделений из Вильдфлекена, включая танковый артиллерийский дивизион «Норвегия» и II и III батальоны моторизованного полка «Норвегия». Кроме того, за счет личного состава танковой школы в Крампнице был пополнен 147-й моторизованный полк. К 15 ноября 2104-й танковый батальон стал I батальоном 9-го танкового полка, а 2104-й моторизованный батальон стал новым I батальоном 147-го моторизованного полка. 2111-й танковый батальон 111-й танковой бригады стал II батальоном 9-го танкового полка.
Той же зимой дивизия помогала держать оборону на Висле и в январе 1945 года вела тяжелые оборонительные бои под Варшавой. 14 января, после массированной артиллерийской подготовки, советские войска вырвались с плацдармов на Висле. 25-я и 19-я танковые дивизии немедленно попытались организовать мощный контрудар, но он не увенчался успехом. К 18 января от дивизии осталась лишь жалкая тень, но она все равно продолжала держать оборону восточнее Лодзи (Лицманштадта). Она продолжала отступление через Центральную Польшу и Восточную Германию до середины февраля, когда ее перебросили на юг в состав 4-й танковой армии, которая оборонялась на рубеже реки Нейссе. К концу месяца 25-я танковая дивизия потеряла 622 человека убитыми, 2318 человек ранеными и 6030 человек пропавшими без вести, то есть за шесть недель боев общие потери составили 8970 человек.
Тем временем Советская армия начала расширять свои плацдармы восточнее Штеттина, поэтому 25-я танковая дивизия была переброшена в Померанию, чтобы ликвидировать эту угрозу. Она была усилена II батальоном 2-го танкового полка и приняла участие в тяжелых боях под Зюдовзауэ, Подеюхом и Финкенвальде. Там она потеряла еще 1330 человек, в том числе 172 человека убитыми, 747 ранеными и 411 пленными и пропавшими без вести. В марте она отступала из Померании, сражаясь на Одере и под Мюнхебергом, а в апреле 1945 года дивизию перебросили в Вену вместе с гренадерской дивизией «Фюрер». Это решение стоило группе армий «Висла» половины танков уже накануне битвы за Берлин, причем ее танковые силы и без того были невелики. Например, от 25-й танковой дивизии к этому времени осталась лишь боевая группа. 1 апреля в ее составе насчитывалось 65 танков и самоходных орудий, из них только 45 были боеспособными, однако в 146-м моторизованном полку оставалась всего 1000 человек, а в 91-м танковом артиллерийском полку — лишь 16 орудий. Однако вместо участия в боях за Вену дивизия была размещена севернее Дуная, в резерве 8-й армии, для защиты австрийских нефтяных месторождений. Она вела бои под Протесом, Хохенрупперсдорфом, Мартинсдорфом и Шриком и закончила войну в Австрии, где сдалась американцам вместе с частью 11-й танковой дивизии и танкового корпуса «Фельдхернхалле». Однако значительная часть личного состава дивизии была передана советским властям вместе с 3-й танковой дивизией СС «Тотенкопф» и гренадерской дивизией «Фюрер».
