За штатом у 36-й моторизованій дивізії перебувало: 16 445 осіб особового складу; 54 танки; 14 самохідних штурмових гармат; 30 бронеавтомобілів; 12 150-мм і 36 105-мм гаубиць; 24 75-мм гармат; 42 50-мм і 34 37-мм протитанкових гармат; 42 зенітних гармати; 55 81-мм і 85 50-мм мінометів; 375 ручних і 130 важких кулемета; 3 052 автомобіля; 1 323 мотоцикла[1].
Після завершення формування дивізія деякий час перебувала на полігонах окупованої Франції та західної Німеччини, доки її не передислокували на схід до Генеральної губернії, де включили до складу XXXXI моторизованого корпусу групи армій «Північ».
22 червня1941 року 36-та моторизована дивізія, прорвавши оборону прикордонних військ та першого ешелону Північно-Західного фронту генерала Кузнєцова Ф. І., поринула вглиб території Прибалтики. Дивізія хустка просувалася вперед, вела бої в Литві, біля Таураге, на річці Дубіса. Не знижуючи темпів наступу моторизована дивізія продовжувала рух вперед; бої біля Мадони, Алуксне.
2 жовтня1941 почався загальний наступ північного флангу групи армій «Центр». Створивши значну перевагу на вузьких ділянках, німецькі війська прорвали фронт радянської оборони, в оточення потрапило декілька радянських армій. Загальна чисельність захоплених у полон становила до 688 тис. осіб.
13 жовтня, наступаючи проти правого крила Західного фронту, частини німецьких 6-ї танкової та 36-ї моторизованої дивізій прорвалися до околиць Калініна. Бої за це місто тривали до початку грудня. Дивізія закріпилася на рубежі річки Волга поблизу Клина.
З початком стратегічного наступу радянських військ під Москвою дивізія, разом з іншими німецькими військами відступила на захід, у врешті-решт перейшло до оборони поблизу Стариці та Ржева. У боях з'єднання втратило велику кількість живої сили та техніки.
У лютому-березні 1943 року 36-та моторизована дивізія взяла участь в операції «Бюффель» — операції з виведення німецьких військ з Ржевського виступу. Дивізія відступала з-під Гжатську в напрямку на Вязьму і далі на рубіж річки Ужать. Пізніше дивізія перекинута в район Ярцево, Бор, Духовщина та Демидов. 21 березня1943 дивізія отримала наказ на реформування та перехід на штати піхотної дивізії. Уся важка техніка була передана до інших моторизованих та танкових з'єднань Вермахту, хоча у порівнянні з іншими піхотними частинами, в 36-й транспортних засобів залишилося набагато більше.
Georg Tessin: Verbände und Truppen der deutschen Wehrmacht und Waffen-SS im Zweiten Weltkrieg 1939–1945. Band 5. Die Landstreitkräfte 31 — 70. 2. Auflage. Biblio-Verlag, Bissendorf 1977, ISBN 3-7648-1107-2.
Burkhard Müller-Hillebrand: Das Heer 1933–1945. Entwicklung des organisatorischen Aufbaues. Vol.III: Der Zweifrontenkrieg. Das Heer vom Beginn des Feldzuges gegen die Sowjetunion bis zum Kriegsende. Mittler: Frankfurt am Main 1969, p. 286.
Alexander Conrady: Rückzug vor Moskau, Winter 1941–1942. 6.12.1941 — 23.1.1942. Vowinckel, Neckargemünd 1974. (Aus der Geschichte der 36. Infanterie-Division, mot; Bd. 1.)
Alexander Conrady: Rshew 1942–1943. Aus der Geschichte der 36. Infanterie-Division, mot. 1.1.1942 — 25.3.1943. Vowinckel, Neckargemünd 1976. (Aus der Geschichte der 36. Infanterie-Division, mot; Bd. 2.)
H.-J. Vogel: Zur Bezeichnung der 36. Division als Panzergrenadierdivision. In: Zeitschrift für Heereskunde, 45 (1981), Nr. 294, S. 62. ISSN 0044-2852