8 августа 1943 года, 45-й ОДБП передали в состав 3-й армии, 25 августа - 11-й гвардейской армии, а 29 августа - в распоряжение командующего бронетанковыми и механизированными войсками Воронежского фронта с дислокацией на станции Обоянь, куда дивизион прибыл 11 сентября.
18 сентября 1943 года бронепоезда перебросили в Сумы с задачей прикрытия станции от атак с воздуха, а с 4 декабря 1943 года 45-й ОДБП по распоряжению командующего бронетанковыми и механизированными войсками 1-го Украинского фронта находился на станции Дарница, выполняя ту же задачу.
30 декабря 1943 года бронепоезда перебросили в Святошино. Здесь силами личного состава дивизиона было усилено зенитное вооружение поездов - на полях боев были найдены, отремонтированы и установлены две 25-мм и одна 37-мм автоматические зенитные пушки, а также три 20-мм немецких зенитки. Таким образом, зенитное вооружение бронепоездов теперь состояло из: № 666 - четыре 25-мм, одна 37-мм зенитные пушки и три пулемета ДШК, № 672 -две 25-мм, три 20-мм пушки, два ДШК и два пулемета Максима.
22 марта 1944 года дивизион вошел в состав 13-й армии и находился на участке Клевань - Кливерцы задачей - «охрана и оборона ж.д. участка и борьба с бандами». Выполнение поставленной задачи дивизионом осуществлялось путем периодического курсирования бронепоездов по перегону между Клевань и Киверцы и выходом их в ночное время для охраны мостов.
10 апреля 1944 года 45-й ОДБП поступил в распоряжение 76-го стрелкового корпуса, и через три дня поддерживал огнем наступление 389-й стрелковой дивизии у станции Звиняче.
С 17 апреля бепо передали 18-й армии, и на следующий день они вошли в группу бронепоездов (45 и 49-й дивизионы) под командованием командира 45-го ОДБП подполковника Моложенюк. 21 апреля группа вошла в состав 3- й гвардейской армии, а на следующий день вела огонь по немецким частям, прорвавшимся у станции Звиняче. По данным наблюдения и показаниям пленных, было подбито до 10 автомашин, подавлено 6 огневых точек, рассеяно до двух рот пехоты, убито и ранено до взвода солдат и офицеров противника. Огонь бронепоездов во многом помог частям 389-й стрелковой дивизии ликвидировать прорыв и восстановить положение.
С 10 мая 1944 года группа бронепоездов прикрывала от атак немецкой авиации город и станцию снабжения Луцк. Авианалеты успешно отражались, а 31 мая бепо № 666-ой БЕПО подбил 2 самолета противника.
9 июля 1944 года группа бронепоездов придана 22-му стрелковому корпусу. 13 июля бепо, поддерживая наступающую пехоту, вели огонь по немецким позициям в районе Божув, Скобелка и Горохув. За день 45-й дивизион уничтожил до 30 автомашин с войсками и грузами, 10 тракторов, 2 склада боеприпасов, 3 самоходных орудия, 40 огневых точек, до 200 солдат и офицеров, подавил артиллерийских и 3 минометных батареи, рассеял до 2-х батальонов пехоты.
В дальнейшем из-за разрушения железной дороги дивизион взаимодействовать с частями 22-го корпуса нее мог, и остался на прежних позициях.
С 15 августа по 15 сентября 1944 года бронепоезда 45- го дивизиона участвовали в борьбе с частями УПА и охране эшелонов, курсируя по участкам Холюв - Каменка - Струмиловка - Львов и Холоюв - Стоянув, а также ведя артобстрел противника в лесных массивах. Кроме того, личный состав дивизиона участвовал в операциях против УПА совместно с частями НКГБ. Например, 9 сентября 1944 года «совместно с истребительным отрядом Каменка- Струмиловского райотдела НКГБ была проведена операция по захвату бандитов в с. Тышице. При этом был убит банды по кличке Кременный, взяты в плен два бандита и рассеяна бандитская сотня. В это же день крестьяне стали сдавать хлеб по Госплану хлебопоставок. Несколько десятков человек - мужчин, призывного возраста, ранее скрывавшихся в лесу, явились в военкомат и были направлены - часть в армию, часть на трудовой фронт».
45-й отдельный дивизион бронепоездов был расформирован в сентябре - октябре 1945 года.
Дивизионом командовали: капитан (позже майор) Зырянов (ноябрь 1941 - август 1942 года), подполковник Бойко (август - октябрь 1942 года), капитан Николаенко (октябрь 1942 - январь 1943 года), капитан (позже майор, подполковник) А.И. Моложенюк (январь 1943 - 1945 год).