Сформирована 15 января 1943 г. на основании директивы Ставки ВГК от 10 января 1943 г. на базе 3-й резервной армии Брянского фронта.

На 1 февраля в нее входили 16-й танковый корпус, 6-я гвардейская, 16-я и 115-я стрелковые дивизии и отдельные части.

15 февраля включена в Центральный фронт и в его составе в феврале-марте участвовала в наступательной операции на брянском направлении; в июле-августе — в Курской битве и Черниговско-Припятской наступательной операции.

3 сентября выведена в резерв Ставки ВГК.

18 января 1944 г. включена в 1-й Украинский фронт и в его составе отражала контрудары немецких войск на винницком направлении, в феврале участвовала в Корсунь-Шевченковской наступательной операции.

С 22 февраля армия вела боевые действия в составе 2-го Украинского фронта. В Уманско-Ботошанской операции ее войска во взаимодействии с 27-й армией завершили прорыв тактической зоны обороны противника и совместно с соединениями 5-й гвардейской танковой и 52-й армий освободили Умань (10 марта). К концу операции, пройдя с боями около 240 км, вышла на подступы к г. Яссы.

13 июня армия выведена в резерв Ставки ВГК, а 15 июня включена в состав 1-го Белорусского фронта.

В ходе Люблин-Брестской операции она во взаимодействии с войсками 8-й гвардейской армии освободила польские города Люблин (24 июля) и Демблин (25 июля). В конце июля вышла к Праге (предместье Варшавы), где до 6 августа отражала контрудар крупных сил противника. После подхода войск 47-й армии выведена в резерв Ставки ВГК (6 сентября) в район Миньск-Мазовецки, 30 октября вновь включена в состав 1-го Белорусского фронта, 20 ноября 1944 г. 2-я танковая армия преобразована во 2-ю гвардейскую танковую армию.

Командующие: генерал-лейтенант Романенко П.Л. (январь-февраль 1943 г.); генерал-лейтенант танковых войск Родин А.Г. (февраль-сентябрь 1943 г.); генерал-лейтенант танковых войск, с апреля 1944 г. генерал-полковник танковых войск Богданов С.И. (сентябрь 1943 г. — июль 1944 г.); генерал-майор Радзиевский А.И. (июль-ноябрь 1944 г.)

Член Военного совета генерал-майор танковых войск Латышев П.М. (январь 1943 г. — ноябрь 1944 г.).

Начальники штаба: генерал-майор Онуприенко Д.П. (январь-май 1943 г.); полковник, с июля 1943 г. генерал-майор танковых войск Прейсман Г.Е. (май 1943 г. — февраль 1944 г.); генерал-майор Радзиевский А.И. (февраль 1944 г. — ноябрь 1944 г.).