1943年2月至3月组建，直属最高统帅部大本营。最初辖近卫坦克第3军、坦克第29军、近卫机械化第5军、轻型轰炸航空兵第994团以及若干炮兵及其他兵团和部队。由于德军在哈尔科夫地域突破了防御(参见哈尔科夫德军进攻战役)，当集团军尚未组建完毕，所属近卫坦克第3军便脱离其建制调往沃罗涅日方面军。4月6日，近卫坦克第5集团军编入预备方面军(4月15日起为草原军区，7月10日起为草原方面军)。7月9日，在旧奥斯科尔市西南地域集结，转隶沃罗涅日方面军。库尔斯克会战(1943)的防御战役中，以近卫坦克第2军和坦克第2军加强的该集团军各部队在普罗霍罗夫卡地域遭遇交战中，对歼灭德军突击集团起了决定性的作用。

别尔哥罗德—哈尔科夫战役(1943)中，集团军在沃罗涅日方面军、8月9日起在草原方面军编成内作战时，协同其他集团军给德军强大集团以沉重打击，向前推进120公里。9月10日调最高统帅部大本营预备队，10月7日编入草原方面军(1943年10月20日起为乌克兰第2方面军)并在其编成内于1943年10月至12月为扩大克列缅丘格市东南的第聂伯河登陆场进行了紧张的战斗。1944年1月上半月，集团军参加了基洛夫格勒进攻战役，1月底至4月初，参加科尔孙—舍甫琴柯夫斯基和乌曼—博托沙尼进攻战役。在这些战役中，集团军的全体官兵战斗推进约500公里，参加了歼灭德军在基洛夫格勒和科尔孙—舍甫琴柯夫斯基地域的重兵集团，强渡南布格河、德涅斯特河和普鲁特河，解放基洛夫格勒市(1月8日)、兹韦尼戈罗德卡市(1月28日)和乌曼市(3月10日)等作战行动。