Сформирована 26 августа 1941 г. (директива Ставки ВГК от 26 августа 1941 г.) в составе Юго-Западного фронта на базе 27-го стрелкового корпуса. В нее вошли 2-й воздушно-десантный корпус (2, 3 и 4-я воздушно-десантные бригады), 135-я и 293-я стрелковые, 10-я танковая дивизии, 5-я артиллерийская бригада ПТО, 21,595, 738 и 760-й артиллерийские полки и другие части, которые были развернуты на правом крыле фронта на р. Десна в районе севернее и северо-западнее Конотопа. С 27 августа войска армии вели тяжелые оборонительные бои. Не имея достаточных сил, армия под ударами превосходящего противника была вынуждена отходить. В начале декабря армия вела оборонительные бои на рубеже р. Тим, северо-восточнее г. Тим.

В конце декабря 1941 г. — феврале 1942 г. провела ряд частных наступательных операций на курском и белгородском направлениях.

3 апреля включена в Брянский фронт 2-го формирования и с 28 июня вела тяжелые оборонительные бои в ходе Воронежско-Ворошиловградской стратегической операции. К концу операции в составе Воронежского фронта (с 9 июля) отошла к Воронежу и юго-западнее р. Дон, где оборонялась до конца года.

В Острогожско-Россошанской операции 1943 г. во взаимодействии с 15-м танковым корпусом 3-й танковой армии завершила окружение острогожско-россошанской группировки противника (18 января) и освободила г. Острогожск (20 января). В последующем ее войска во взаимодействии с соединениями и частями 3-й танковой армии и 18-го отдельного стрелкового корпуса вели бои по ликвидации окруженной группировки противника.

В Воронежско-Касторненской операции войска армии, наступая на направлении главного удара фронта, в трудных условиях многоснежной зимы успешно прорвали оборону противника и во взаимодействии с другими армиями разгромили крупную вражескую группировку. В ходе Харьковской наступательной операции ее соединения освободили города Старый Оскол (5 февраля), Короча (7 февраля), Белгород (9 февраля), во взаимодействии с 3-й танковой и 69-й армиями — Харьков (16 февраля), Ахтырку и Лебедин (23 февраля), Гадяч (26 февраля) и другие. В марте армия участвовала в Харьковской стратегической оборонительной операции, а в августе-сентябре в Белгородско-Харьковской стратегической наступательной операции и освобождении Левобережной Украины. 24 сентября ее войска форсировали р. Днепр в районах Стайки и Ржищева и, захватив плацдармы, вели упорные бои за их удержание. В октябре армия в составе Воронежского (с 20 октября 1-й Украинский) фронта вела бои на букринском плацдарме. В ноябре 1943 г. — январе 1944 г. принимала участие в Киевской наступательной, Киевской оборонительной и Житомирско-Бердичевской операциях. В ходе Корсунь-Шевченковской операции сыграла важную роль в отражении контрудара крупных сил противника, который пытался деблокировать группировку, окруженную в районе Корсунь-Шевченковского.

В марте — начале апреля в составе 2-го Украинского фронта (с 22 февраля) участвовала в Уманско-Ботошанской операции, в ходе которой ее войска в тяжелых условиях распутицы последовательно форсировали крупные водные преграды: Южный Буг, Днестр, Прут. 6 апреля армия вышла к р. Серет, с ходу форсировала ее и перенесла боевые действия на территорию Румынии.

В ходе Ясско-Кишиневской операции 40-я армия наносила удар на правом крыле и, успешно развивая наступление, к концу августа вышла к предгорьям Восточных Карпат. В дальнейшем своим наступлением содействовала войскам 4-го Украинского фронта в преодолении хребта и выходе в район Ужгорода и Мукачева. В октябре участвовала в Дебреценской операции, в ходе которой овладела г. Сату-Маре (25 октября). В Будапештской стратегической операции 1944-1945 гг. войска армии 6 ноября форсировали р. Тиса южнее Чопа и, преодолевая ожесточенное сопротивление противника, к концу декабря 1944 г. вышли на венгерско-чехословацкую границу, где перешли к обороне.

Возобновив наступление 12 января 1945 г., прорвали оборону противника на юго-восточных склонах Словацких Рудных гор и овладели городами Плешивей (14 января), Иелшава (23 января), Зволень (14 марта) и другими. В Братиславско-Брновской операции соединения и части армии освободили города Банска-Бистрица (25 марта), Кремница (3 апреля) и Превидза (4 апреля).

Свой боевой путь армия завершила участием в Пражской операции, к концу которой ее войска вышли в район Нове Место, Богдалец, Боброве.

После окончания войны армия была передислоцирована в Одесский военный округ, где в мае 1946 г. расформирована.

Командующие: генерал-майор, с ноября 1941 г. генерал-лейтенант Подлас К.П. (август 1941 г. — март 1942 г.); генерал-лейтенант артиллерии Парсегов М.А. (март-июль 1942 г.); генерал-лейтенант Попов М.М. (июль-октябрь 1942 г.); генерал-лейтенант, с сентября 1943 г. генерал-полковник Москаленко К.С. (октябрь 1942 г. — октябрь 1943 г.); генерал-лейтенант Жмаченко Ф.Ф. (октябрь 1943 г. — до конца войны).

Члены Военного совета: дивизионный комиссар Маланин М.П. (август 1941 г. — ноябрь 1942 г.); дивизионный комиссар Крайнюков К.В. (ноябрь 1942 г. — октябрь 1943 г.); генерал-майор Кулик К.П. (октябрь 1943 г. — до конца войны).

Начальники штаба: генерал-майор Рогозный 3.3. (август 1941 г. — февраль 1943 г.); генерал-майор Венский В.С. (февраль-апрель 1943 г.); генерал-майор Батюня А.Г. (апрель-ноябрь 1943 г.); полковник Белодед В.И. (ноябрь 1943 г. — январь 1944 г.); полковник, с февраля 1943 г. генерал-майор Соседов Л.Б. (январь 1944 г.); генерал-майор Шарапов В.М. (январь 1944 г. — март 1945 г.); полковник, с мая 1945 г. генерал-майор Пигин И.А. (март 1945 г. — до конца войны).