W sierpniu 1942 dywizja wchodziła w skład LV Korpusu Piechoty 2 Armii, Grupy Armii „B”. Walczyła na południowym odcinku frontu w rejonie Orła i Woroneża. W 1943 45 DP toczyła walki w centralnej części frontu, a w lipcu tego poniosła znaczne straty w bitwie pancernej pod Kurskiem. Jesienią 1943 r. dywizja toczyła boje odwrotowe pod Sożem, Briańskiem i Homlem. W czerwcu 1944 weszła w skład XXXV Korpusu Piechoty 9 Armii. Prowadząc walki odwrotowe 45 DP wraz z GA Środek została w większości zniszczona latem 1944 pod Bobrujskiem. Pozostałości dywizji wycofano z frontu i użyto 18 lipca 1944 jako kadrę dla formującej się na poligonie w Dollersheim 45 Dywizji Grenadierów, którą połączono z 546 Dywizją Grenadierów, będącą dywizją zaporową.

Po przerzuceniu dywizji na terytorium okupowanej Polski przemianowano ją 21 października 1944 na 45 Dywizję Grenadierów Ludowych (Volksgrenadierdivision).

6 sierpnia 1944 r. dywizja wchodząc w skład VIII KA wraz z 1 Dywizją Pancerno-Spadochronowa Hermann Göring została skierowana w rejon Magnuszewa i Studzianek w celu likwidacji przyczółka uchwyconego przez oddziały 8 Gwardyjskiej Armii.