战车第3师团为日本陆军机甲师团之一。最初由4个战车联队、1个机动兵联队、1个机动炮兵联队等部队所构成。

1942年（昭和17年）6月 - 由在中国战线驻蒙骑兵集团所改编成。编属北支那方面军驻蒙军。1944年（昭和19年）4月 - 编入北支那方面军第12军。参加豫湘桂会战。1944年（昭和19年）7月 - 战车第6旅团参加豫湘桂会战。1945年（昭和20年）3月 - 参加豫西鄂北会战。