После вступления США во вторую мировую войну в производство вооружения и боевой техники включились фирмы, ранее в нем не участвовавшие, причем многие из них выступили с довольно оригинальными проектами и разработками. Так, фирма «Кадиллак» — филиал корпорации «Дженерал моторс» — предложила вариант установки в легком танке М3 двух V-образных 8-цилиндровых двигателей «Кадиллак» вместо штатного «Континентал». Предусматривалось и использование новой автомобильной автоматической коробки передач «Кадиллак Гидро-Матик».

Первоначальная реакция департамента вооружений на эту инициативу была негативной. Тогда в октябре 1941 года на свой страх и риск фирма переоборудовала серийный М3 и отправила его в 800-километровый пробег с завода в Детройте до Абердинского полигона в штате Мэриленд. В результате танк был принят на вооружение под обозначением М4. Впрочем, этот индекс просуществовал недолго, да и танк серийно не производился.

В серию пошла другая машина, со сварным корпусом, разработанным в соответствии с требованиями службы вооружений. Полностью изменилась носовая часть, получившая сплошной наклонный лобовой лист с шаровой установкой пулемета. Люки механика-водителя и пулеметчика перенесли на крышу корпуса. Из-за того, что спаренные двигатели «Кадиллак» занимали больший объем, чем звездообразный «Континентал», высоту моторного отделения увеличили. Башня и ходовая часть остались такими же, как у М3А1. С изменением формы корпуса увеличили забронированный объем, что улучшило условия работы экипажа и позволило разместить дополнительный боекомплект.

Новый танк получил индекс М5 (обозначение М4 решили не задействовать, чтобы не было путаницы со средним танком М4). Первая серийная машина покинула цехи завода в Детройте в марте 1942 года. Вскоре к выпуску танка подключились еще два завода. До момента окончания производства в декабре 1942 года было изготовлено 2074 танков М5. Однако фирма «Америкен Кар энд Фаундри»не пожелала уступать пальму первенства в производстве легких танков и предложила свой вариант боевой машины с полностью сварным корпусом. В апреле 1942 года она представила департаменту вооружений свой танк М3А3.

Скулы его корпуса были наклонены под углом в 20°, в отличие от вертикально расположенных у М5. Радиостанцию перенесли из корпуса в башню, разместив ее в кормовой нише. Использование двигателя «Континентал» позволило сохранить крышу моторного отделения на той же высоте, что и у М3А1. Модель М3А3 запустили в серию в декабре 1942 года и до августа 1943 года выпустили 3427 экземпляров.

В ноябре 1942 года на танк М5 поставили башню от М3А3 и получили последнюю модификацию «Стюарта» — М5А1. Фальшборты на этой модели входили уже в стандартную комплектацию. В днище корпуса появился запасной люк, а в башне — дополнительный прибор наблюдения. Характерной деталью М5А1 поздних выпусков стало броневое прикрытие зенитно-пулеметной установки нового типа и объемный ящик для амуниции на корме корпуса. Были внедрены также штампованные опорные катки.

М5А1 производили фирмы «Кадиллак» и «Америкен Кар энд Фаундри» (последняя с сентября 1943 года), и к июню 1944 года они выпустили 6810 танков. В итоге М5А1 стал не только самой совершенной, но и самой массовой моделью из всего семейства «Стюартов». Боевым дебютом танка М5 явилась высадка американских войск в Северной Африке. Правда, 2-я танковая дивизия, в которой в основном были сосредоточены эти машины, в серьезных боях не участвовала. М5 главным образом использовался в учебных целях, как в США, так и в Великобритании.

Танков М3А3 в американской армии вообще было мало. Почти две трети из числа всех выпущенных машин отправили в Англию, значительное количество передали в войска Свободной Франции и Китая. Что же касается М5А1, то в период кампании в Северной Африке они поступали на вооружение в батальоны легких танков и в противотанковые части, где использовались в качестве командирских. При этом из боевых частей постепенно вытеснялись «Стюарты» ранних модификаций.

Ко времени высадки на Сицилию в конце 1943 года М5А1 стал стандартным легким танком армии США. Впрочем, роль и значение его постепенно снижались. После боев в Тунисе американские танковые дивизии были реорганизованы, в результате чего число легких танков в них сократилось со 126 до 51. Однако в Африке и в Италии при наличии у противника достаточного количества легких боевых машин (в частности, итальянских) еще можно было найти применение М5А1. Значительно хуже обстояло дело во Франции и в Германии.

Немецкие танки 1944 года — PzKpfw IV с длинноствольной пушкой, «Пантера» и «Тигр» — не оставили «Стюарту» никаких шансов уцелеть на поле боя. Если толщина брони М5А1 несколько увеличилась по сравнению с М3, то вооружение осталось на уровне 1940 года. Поэтому американские командиры стремились не использовать М5А1 в танковых атаках, отдавая предпочтение «Шерманам». Уделом же «Стюартов» стала огневая поддержка моторизованной пехоты, разведка, охрана штабов и другие вспомогательные функции.

По-иному обстояло дело на тихоокеанском театре военных действий, где вплоть до конца войны «Стюарты» успешно противостояли японским танкам всех типов. С февраля 1944 года в боевых действиях там принимали участие и М5А1. Первым их получил 4-й танковый батальон морской пехоты.

Для уничтожения японских бункеров на островах Тихого океана использовался огнеметный вариант «Стюарта», который называли «Сэтэн» — «Сатана». Пушка была демонтирована, а ее место занял огнемет канадской фирмы «Ронсон». Такой модернизации подверглись машины модификаций М3А1 и М5А1.

После принятия в 1944 году на вооружение нового легкого танка М24 «Чаффи» большую часть М5А1 переделали в разведывательные машины. С них сняли башни и установили 12,7-мм пулемет «браунинг». Аналогичным образом оборудовались и машины управления для командиров танковых частей и подразделений. Неудачными оказались попытки создания на базе «Стюарта» зенитной самоходной установки с двумя крупнокалиберными пулеметами и самоходных минометов калибра 81 мм и 107 мм. А вот самоходной 75-мм гаубице повезло больше.

Еще в начале 1942 года командование американских танковых частей выразило пожелание иметь машину, вооруженную гаубицей и предназначенную для огневой поддержки средних танков. Проектирование велось быстро, и уже в июне 1942 года началось серийное производство самоходной гаубицы М8. До конца 1944 года фирмой «Кадиллак» было выпущено 1778 машин. Корпус, ходовая часть и силовая установка танка М5 остались без изменений. 75-мм гаубица устанавливалась в открытой сверху вращающейся башне несколько больших, чем стандартная, размеров. Поскольку внутри машины мог размещаться только ограниченный боекомплект, то часть его перевозилась на прицепе.

М8 принимали участие в боевых действиях в Европе вплоть до конца 1944 года. Затем функции поддержки средних танков перешли к «Шерманам», вооруженным 105-мм гаубицей. В английской армии танки М3А3 получили обозначение «Стюарт» V, а М5 и М5А1 — «Стюарт» VI. Объединение последних двух модификаций, по-видимому, связано с тем, что танки М5 в Англию практически не поставлялись, зато 2045 танков М3А3 и 1421 М5А1 использовались аналогично американским. На части машин демонтировали башню и заменили ее крупнокалиберным пулеметом. На завершающем этапе войны в Европе этот вариант в английских частях был наиболее популярным. Безбашенные «Стюарты» использовались в качестве бронетранспортеров, командирских машин и артиллерийских тягачей и состояли на вооружении британской армии до середины 50-х годов.

В 1945 году англичане передали 56 танков М3А3 Народно-освободительной армии Югославии (НОАЮ). Эти танки вошли в 1-ю танковую бригаду НОАЮ. Часть машин югославы переоборудовали в САУ, демонтировав башни. Одну батарею вооружили немецкими 75-мм противотанковыми пушками Рак 40, а другую — немецкими счетверенными 20-мм зенитными установками «Flak 38».

Танковые части Свободной Франции получили 651 «Стюарт», а китайская армия Чан Кайши — 100. Первая группа машин впоследствии принимала участие в войне в Индокитае, а вторая — в гражданской войне в Китае, в ходе которой много танков досталось Народно-освободительной армии Китая (НОАК). Значительное количество боевых машин — 683 единицы — было передано латиноамериканским государствам, где они состояли на вооружении вплоть до 70-х годов.

Любопытно отметить, что «жизненный путь» этого самого массового (выпущено 22116 машин всех модификаций), самого популярного и, без сомнения, одного из самых удачных легких танков второй мировой войны до сих пор не завершен. Модернизированные до неузнаваемости «Стюарты» и сегодня под обозначением Х1А2 состоят на вооружении бразильской армии.