Создана в декабре 1942 г. (директива Ставки ВГК от 5 декабря 1942 г.) в составе Юго-Западного фронта 2-го формирования путем переименования 1-й гвардейской армии 2-го формирования. К середине декабря в ее состав входили 14-й стрелковый корпус, 50-я гвардейская, 197, 203 и 278-я стрелковые дивизии, 90-я и 94-я отдельные стрелковые бригады, 1-й гвардейский механизированный корпус, 22-я мотострелковая бригада и три отдельных танковых полка.

Армия начала боевые действия в ходе контрнаступления советских войск под Сталинградом. Участвовала в разгроме противника на Среднем Дону и срыве его попытки деблокировать окруженную группировку в районе Сталинграда. В январе-феврале 1943 г. войска армии принимали участие в Ворошиловградской наступательной операции, затем в оборонительных боях на Северском Донце, летом и осенью — в Донбасской стратегической наступательной операции. В октябре в ходе Запорожской операции войска 3-й гвардейской армии прорвали сильно укрепленную оборону противника и во взаимодействии с войсками 8-й гвардейской армии 14 октября освободили г. Запорожье, ликвидировав плацдарм противника на левом берегу Днепра. 18 октября армия включена в состав Южного фронта 2-го формирования (с 20 октября 4-го Украинского фронта). Ее соединения вели тяжелые бои по ликвидации никопольского плацдарма противника, а в январе-феврале 1944 г. участвовали в Никопольско-Криворожской операции. Форсировав с ходу Днепр, во взаимодействии с войсками 6-й армии 3-го Украинского фронта 8 февраля армия освободила г. Никополь. 13 февраля выведена в резерв Ставки ВГК, 18 апреля включена в состав 1-го Украинского фронта. В ходе Львовско-Сандомирской стратегической наступательной операции в июле-августе 1944 г. войска армии, прорвав оборону противника, прошли с боями около 250 км, форсировали с ходу пять рек, в том числе такие крупные, как Сан и Висла. Во взаимодействии с другими армиями фронта войска армии овладели сандомирским плацдармом на левом берегу Вислы и в последующем участвовали в освобождении Польши. В январе-феврале 1945 г. армия действовала в составе ударной группировки 1-го Украинского фронта, во взаимодействии с соединениями левого крыла 1-го Белорусского фронта разгромила островецко-опатувскую группировку противника, прошла с боями 450- 470 км и вышла к р. Нейсе. В апреле-мае армия участвовала в Берлинской стратегической операции. Наступая на правом крыле 1-го Украинского фронта, охватила с юга и юго-запада франкфуртско-губенскую группировку противника. После ее ликвидации войска 3-й гвардейской армии были передислоцированы с берлинского на дрезденское направление и приняли участие в Пражской стратегической наступательной операции. К утру 9 мая, вслед за 4-й и 3-й гвардейскими танковыми армиями, передовые части армии вступили в Прагу.

В июле 1945 г. 3-я гвардейская армия расформирована.

Командующие: генерал-лейтенант Лелюшенко Д.Д. (декабрь 1942 г. — март 1943 г. и август 1943 г. — февраль 1944 г.); генерал-майор артиллерии Хетагуров Г.И. (март-август 1943 г.); генерал-лейтенант Рябышев Д.И. (февраль-март 1944 г.); генерал-полковник Гордов В.Н. (апрель 1944 т. — до конца войны).

Член Военного совета генерал-майор с июня 1943 г. Колесниченко И.С. (декабрь 1942 г. — до конца войны).

Начальники штаба: генерал-майор Крупенников И.П. (декабрь 1942 г.); генерал-майор артиллерии Хетагуров Г.И. (декабрь 1942 г. — декабрь 1943 г.); генерал-майор Ребриков К.Г. (декабрь 1943 г.-май 1944 г.); генерал-майор Рыбальченко Ф.Т. (май-декабрь 1944 г.); генерал-лейтенант Любарский С.И. (декабрь 1944 г. — апрель 1945 г.); генерал-майор Зелинский Н.Н. (апрель 1945 г. — до конца войны).