Drugie formowanie 3 Korpusu Zmechanizowanego nastąpiło we wrześniu 1942 roku na podstawie dyrektywy NKO nr 1104478ss z 17 września 1942 roku w Moskiewskim Okręgu Wojskowym. 3 Korpus Zmechanizowany we wrześniu 1942 – październiku 1943 roku walczył w składzie: 22 Armii Frontu Kalinińskiego, 1 Armii Pancernej Frontu Północno-Zachodniego, 1 Armii Pancernej Frontu Woroneskiego. Rozkazem NKO nr 306 z 23 października 1943 roku 3 Korpus Zmechanizowany przeformowano w 8 Gwardyjski Korpus Zmechanizowany.
Dowódcy korpusu generał porucznik Andriej Jeriomienko – 4 czerwca 1940 – grudzień 1940, generał major Aleksiej Kurkin – grudzień 1940 – 16 sierpnia 1941. generał major/generał porucznik Michaił Katukow – 18 września 1942 – 30 stycznia 1943, generał major/generał porucznik Siemion Kriwoszein – 7 lutego 1943 – 23 października 1943.
Struktura organizacyjna Skład 22 czerwca 1941 roku: 2 Dywizja Pancerna – gen. mjr E.N. Soliankin (1901–1941) 5 Dywizja Pancerna – płk F.F. Fiodorow (1900–1945) 84 Dywizja Zmechanizowana – gen. mjr P.I.