Ряды дивизии пополняли преимущественно за счет беженцев из Литвы (партработники, сотрудники милиции, активисты-общественники, литовские евреи) и литовцев — уроженцев других республик СССР. Офицерский состав был укомплектован выпускниками Вильнюсского пехотного училища, которое в самом начале войны эвакуировали в Новокузнецк.
Дивизия активно участвовала в боях, в том числе на Курской дуге — с июля по август 1943 года дивизия потеряла 3620 человек, из них убитыми 811. За период последующих наступательных боев было уничтожено 13 тысяч солдат и офицеров противника.
С февраля по август 1943 года за боевые заслуги награждены орденами и медалями 2560 бойцов из 16-й Литовской стрелковой дивизии. Кроме того, были представлены к правительственным наградам еще 136 человек.
Свой боевой путь дивизия завершила Парадом Победителей в Вильнюсе 13 июля 1945 года.
