Đầu thập niên 1970, trước xu hướng quân Mỹ rút dần khỏi chiến trường Việt Nam, Quân đội miền Bắc ngày càng gia tăng áp lực mạnh mẽ trên địa bàn chiến trường B5 Bắc Quảng Trị. So sánh đơn thuần về binh lực, dù các đơn vị Quân đội Bắc Việt yếu hơn Quân đội VNCH, nhưng lại có ưu điểm về thế chủ động và sẵn sàng hơn nhiều. Phía Bắc Việt liên tục tổ chức các hoạt động tấn công mạnh từ phía bắc của vĩ tuyến 17 qua vùng phi quân sự bờ Nam sông Bến Hải thuộc vùng lãnh thổ do phía Việt Nam Cộng hòa kiểm soát, thông qua đường mòn Hồ Chí Minh và đường 9 Nam Lào.

Nhờ các hoạt động tình báo mà phía Việt Nam Cộng hòa đã phát hiện sự chuẩn bị của đối phương. Các chỉ huy cao cấp đều dự đoán trước về cuộc tấn công mới còn dữ dội hơn năm 1968 của đối phương. Mặc dù vậy, các đơn vị chủ lực hiện có của Quân lực Việt Nam Cộng hòa đều bị dàn mỏng lực lượng giữ đất, cộng với việc quá phụ thuộc lớn vào sự yểm trợ của quân Mỹ, nên việc Quân đội Hoa Kỳ rút quân đã tạo ra lỗ hổng ngày càng lớn cho hệ thống phòng thủ phía Bắc và phía Tây của Việt Nam Cộng hòa.

Trước tình hình đó, cuối năm 1971, Bộ Quốc phòng Việt Nam Cộng hòa quyết định thành lập thêm một Sư đoàn Bộ binh nữa tại Quân khu 1 để chia sẻ nhiệm vụ bảo vệ lãnh thổ với 2 đơn vị bạn là Sư đoàn 1 và Sư đoàn 2 Bộ binh. Ngày 01 tháng 10 năm 1971, Sư đoàn 3 Bộ binh được thành lập tại căn cứ Ái Tử (Quảng Trị)[4] trực thuộc Quân đoàn I, chịu trách nhiệm an ninh khu vực giới tuyến và toàn bộ địa bàn tỉnh Quảng Trị, được mệnh danh là "Sư đoàn Bến Hải". Việc thành lập đơn vị này làm Tổng thống Nguyễn Văn Thiệu mất uy tín với Mỹ.

Trừ Trung đoàn 2 là đơn vị chủ lực của Sư đoàn 1 chuyển qua, Sư đoàn được thành lập vội vã từ đơn vị tân lập với thành phần chủ yếu từ các quân nhân vi phạm kỷ luật như đi phép quá hạn, ba gai v.v... Hoặc bị báo cáo đào ngũ, ở quân lao ra được "phục hồi quân ngũ" (hồi ngũ). Vì vậy, Sư đoàn còn có hỗn danh là "Sư đoàn Giới tuyến" hoặc "Sư đoàn Trừng giới".

Sau khi thành lập không lâu, Sư đoàn phải bước vào tham chiến trong chiến dịch Xuân Hè 1972 trong tình trạng chưa huấn luyện hoàn chỉnh, sức chiến đấu yếu. Chỉ trong vòng 1 tháng, từ tháng 3 đến tháng 4 năm 1972, Sư đoàn hầu như tan rã trước sức tấn công mãnh liệt của phía đối phương. Bộ chỉ huy rút toàn bộ về Đà Nẵng, Tư lệnh Sư đoàn là tướng Vũ Văn Giai cùng một số sĩ quan cao cấp bị bắt giam vì làm sụp đổ tuyến phòng thủ phía Bắc Quảng Trị.

Sau thất bại thảm hại, Sư đoàn lui về Đà Nẵng, đặt Bộ tư lệnh tại căn cứ Hoà Khánh và được tái tổ chức lại, chịu trách nhiệm an ninh khu vực các tỉnh Quảng Tín, Quảng Nam và Đặc khu Đà Nẵng (từ Quế Sơn, Quảng Tín đến Hải Vân, Đà Nẵng). Tướng Nguyễn Duy Hinh được bổ nhiệm làm Tư lệnh Sư đoàn. Sau khi Hiệp định Paris được ký kết, Sư đoàn được giao nhiệm vụ lấn chiếm lãnh thổ, tấn công và kiểm soát khu vực căn cứ West, đồi 1460 trước thời điểm hiệp định có hiệu lực, nhằm giành lợi thế kiểm soát lãnh thổ với phía Quân giải phóng.

Đầu năm 1975, phía Bắc Việt mở chiến dịch Hồ Chí Minh, quyết tâm giành thắng lợi quân sự cuối cùng. Các đơn vị chủ lực của Việt Nam Cộng hòa tại Vùng I và Vùng II nhanh chóng tan rã và rút chạy về phía Nam. Sư đoàn được lệnh rút về phòng tuyến sông Thu Bồn làm nút chận cho quân bạn rút lui. Tuy nhiên phòng tuyến nhanh chóng tan vỡ. Sư đoàn tiếp tục rút về tuyến phòng thủ Phước Tuy và tan rã tại đây ngày 30 tháng 4 năm 1975.