Полки дивизии были расквартированы по населенным пунктам Алтайского края и в Барнауле на территории военного городка № 1.
С началом Великой Отечественной войны 24 июня 1941 года дивизия в составе 24-й армии убыла на фронт под Дорогобуж Смоленской области. Участвовала в боях за город Ельня. В числе самых первых 22 сентября 1941 года 107-я стрелковая дивизия была переименована в 5-ю гвардейскую стрелковую дивизию. В мае 1943 года дивизии было вручено знамя Монгольской Народной Республики
Летом 1943 года дивизия принимала участие в Орловской наступательной операции, а затем снова – на Западном фронте. Воевала на Смоленской земле, в Белоруссии. Освобождала города Витебск, Борисов, участвовала в Витебско-Оршанской наступательной операции в июне 1944 года, освобождала Советскую Литву, участвовала в Восточно-Прусской наступательной операции 1945 года. Завершающим этапом боевого пути дивизии было участие в разгроме Земландской группировки немецких войск и штурме города и морской крепости Пиллау.