抗日战争中很多王牌部队打出了自己的威风，第5军就凭借自己的战绩和实力跻身于国军五大主力之一。

第5军有着当时所谓中国第一支机械化军的说法，之所以如此是因为该军编制内有相当数量的坦克、重炮和汽车，但事实求是地说第5军也谈不上是机械化，只不过特种兵的配置比普通部队强而已。

不过第5军的前身倒可以称之为是机械化部队。

1933年，国民政府自英国购买了32辆维克斯轻型坦克，以此为基础组建了战车营，此后还成立了陆军交辎学校，以培养装甲兵人才。1937年陆军交辎学校与交通部第二团所属的装甲汽车队等部合并成立了陆军装甲兵团，杜聿明担任首任团长。

这个装甲兵团下辖有1个战车营、1个搜索营、1个准备营、1个补充营、1个战防炮营，以及团属通信连、特务排等部。

其中战车营下辖有3个战车连，第一连装备16辆英制维克斯ME坦克；第二连装备16辆英制维克斯两栖坦克；第三连装备12辆德制1号坦克、2辆指挥车以及摩托车、卡车各十余辆。

搜索营下辖有3个搜索连，第一连装备36辆英国和德国制造的三轮摩托车；第二连装备36辆德制的两轮摩托车；第三连装备20余辆德制“豪须”装甲侦察车。

战防炮营主要装备是德国或奥地利制造的37毫米/47毫米战防炮。补充营主要是步兵，准备营培养的是机械化储备人才。

1938年初，装甲兵团各部抽调到各战场参战后遭到一定损失，此时中国接收一批苏制武器装备，以苏制武器为基础，装甲兵团扩编为200师，最初的200师是一支完整的装甲部队，而且也是当时世界上最早的装甲师之一。

200师下辖1149团（战车团）、1150团（战车团）、1151团（汽车兵团）、1152团（摩托化步兵团）、炮兵52团，以及各直属特种单位，总兵力达2万人左右。

当时接收来的苏制重武器几乎全部装备到了200师，据杜聿明回忆，200师接受了70辆T-26、4辆BT-5、此外还启用了几年前采购的意大利造菲亚特CV-35轻型坦克。

摩步团有苏制BAE系列装甲车50余辆和大量苏制卡车，炮兵团则有12门122毫米榴弹炮、苏制76毫米野战炮及45毫米战防炮。

装甲兵团之前的武器大都被专做教学或储备用途，因此成立时的200师基本上是一支苏械师。

1938年11月，以第200师为基础扩编出了新11军，该军下辖荣誉第1师、新编22师、200师。

此时200师编制内的4个战车营调出，改编为军属装甲兵团。200师则改制为了步兵师单位，下辖3个步兵团和1个补充团。

新11军的番号没有保留很久就被赋予了新的番号——第5军。

除了3个步兵师外，第5军还编有2个步兵补充团、2个战车团，以及装甲搜索团、重炮兵团、汽车兵团、工兵团、辎重兵团各一个，总兵力达5万余人。仅兵员规模上就超过了兄弟部队的一个集团军，武器装备上更远超之，而论训练水平第5军亦为国民党军第一。

当然了，之前的200师可称之为是机械化师，但扩编而来的第5军却不能称之为是机械化军，因为实际上只有第5军直属的那些特种团才算是机械化部队，而第5军主力3个师还是步兵师，只有200师保留了部分机械化装备而已。

1939年12月，第5军参加桂南会战，在昆仑关一战中，第5军几乎全歼了日军第21旅团，毙伤旅团长中村正雄以下4000余人。

由于广西昆仑关附近地形不利于机械化部队的使用，第5军大多是以步兵与日军拼死争夺，因此也付出了伤亡、失踪17000余人的惨重代价，后来被迫退出战场。

而由于兄弟部队并没有第5军这样的战斗力，因此虽然在昆仑关一战获得了大捷，但总的来说桂南会战还是大败亏输。

桂南会战中，第5军兵员损失严重，但是机械化装备损失不大，补充完毕后亦为一流部队，并在1942年作为中国远征军主力出兵缅甸。

缅甸作战中，由于英军一心逃窜，中美英联合指挥也出了诸多问题，因此会战接连流产，中国远征军一部溃败印度，主力自野人山溃败回国。

第5军直属的大量重型武器在缅甸遗失、损毁。另一部虽然撤回了国内，但是远征军参谋团团长林蔚却下令将这些战车炸毁以阻塞道路，延缓日军攻势。

入缅作战，第5军损失了大量重型武器和半数的兵员，主力新22师留在印度，日后成为新6军主力。而荣誉第1师也早已调出，第5军只剩下200师可堪为主力。

第5军虽然光彩不再，但是抵达印度的中国驻印军却开始装备先进的美制坦克，在缅北作战中这一支战车部队倒是真正发挥出了机械化部队的能量，取得了较大战果。