Razem z nią został w marcu 1944 roku przeniesiony na szkolenie na Węgry.
Po wylądowaniu aliantów w Normandii dywizja Panzer Lehr została skierowana do walki w rejonie Caen i poniosła duże straty w czasie dywanowego nalotu w okolicach Saint-Lô (w czasie operacji Cobra).
W czasie ofensywy w Ardenach Bayerlein służył pod generałem Hasso von Manteuffelem.
Później Bayerlein cały czas dowodził 53 Korpusem. 15 kwietnia 1945 generał Fritz Bayerlein razem ze swoimi jednostkami poddał się oddziałom amerykańskiej 7 Dywizji Zmotoryzowanej w Zagłębiu Ruhry. Nie omieszkał nadmienić oficerom amerykańskim biorącym go do niewoli, że praktycznie w dużej części jest Żydem.
Został zwolniony z niewoli 2 kwietnia 1947 roku. Po wojnie napisał wiele prac o tematyce historycznej i militarnej – był zaangażowany w pierwsze poważne studia nad historią II wojny światowej.
Zmarł w rodzinnym Würzburgu 30 stycznia 1970 roku.