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  二戰初,隨著歐洲情勢緊張,美國戰車設計師意識到M2輕戰車已經變得過時,於是進行了整體升級計劃,美國以1938年推出的M2A4輕戰車設計進行強化,包括更換引擎、增厚裝甲、採用加入避彈設計炮塔以及新的37毫米主砲、並因應加重的車身重量而修改驅動輪及懸吊系統。新的戰車被命名為「M3輕戰車」,於1941年3月至1943年10月間生產。如同其前身M2A4戰車,M3裝備一門37毫米M5主砲,以及三挺M1919A4機槍:一挺與主砲同軸,一挺在砲塔頂端,一挺在副駕駛座前方,然而車身槍塔的機槍常被拆除以換取更多空間。M3的裝甲主要為:炮盾厚度51毫米、前部上方厚度38毫米、下方44毫米、砲塔38毫米、車體側面與背面25毫米,正面防禦力足以在500米距離抵禦37毫米級別的反戰車炮,側面也足以防止步兵攜帶的20毫米反戰車步槍,車體也納入斜面避彈構型設計,相對於同時期它國輕戰車,其防禦較為「厚實」。除了車體油箱,M3輕戰車可在車尾加掛2具25加侖副油箱增加續航力。  M3的動力由飛機引擎轉用大陸R-670發動機(陸用型編號W-670,出力262匹馬力),由於在量產後引擎產能不足,因此有1,496輛M3輕戰車更換以柴油做為燃料的吉伯森T-1020發動機作為動力(出力245匹馬力)。M3輕戰車採後置引擎設計,但變速箱裝設在車體前方,故採取傳動軸穿透戰鬥艙的設計。同時因動力為氣冷星型引擎,不可避免地讓本型戰車有著高車體輪廓的特徵,給對手有很大的射擊面積。  M3系列的生產由美利堅汽車與鑄造公司(American Car and Foundry Company)負責。改良型M3A1則於1941年8月服役,M3A1搭配了有動力旋轉裝置的改良型同質焊接式砲臺,具有一陀螺穩定器可使37毫米主砲於行進中能精準射擊,砲塔內部並採吊籃式設計。此時,有一全車體均採焊接式的先導實驗車體,被稱M3A1E1。下一型M3A2亦採焊接式設計,主要結構與M3A1大同小異,並沒有投入生產。在M5斯圖亞特量產後,部分技術與設計提供M3輕戰車產線改進,1942年8月後量產版本為M3A3,包括砲塔、車身以及車身機槍座皆重新設計。  由於參戰後對飛機發動機的需求增加,美軍為了將產能妥善分配,因此決定匯入汽車使用的凱迪拉克V型8汽缸水冷引擎,搭配1940年代開始量產的液力式自動變速器,此改良型斯圖亞特1942年開始量產,原本應稱為M4輕戰車,但避免和M4中戰車混淆,因此跳號成為M5輕戰車。M5輕戰車使用的凱迪拉克引擎出力僅110匹馬力,因此裝了2具引擎維持與M3輕戰車接近的動力輸出,並配合引擎艙而重新設計後車身,M5斯圖亞特較前期型號更安靜、溫度較低,且自動變速箱對駕駛負荷較小,減少訓練駕駛員的時間。  儘管使用單位抱怨該戰車火力不足,改善型的M5輕戰車依然保留了37毫米主砲,匯入M3A3的最後量產版本稱為M5A1。到1944年被M24輕戰車取代。  1944年M5停產時,總共量產8,885輛M5與M5A1,另外生產了1,778具M5輕戰車底盤用於M8自走炮。

  M3/M5的生產數量龐大,總數超過25,000臺。斯圖亞特戰車一直到戰後仍在大量國家軍隊內服役。除美國、英國和蘇聯之外,它由法國、中國和鐵托的游擊隊在南斯拉夫使用。

  英國陸軍最早在實戰中使用M3輕戰車。1941年11月,大約170輛斯圖亞特戰車參與了北非戰場的十字軍行動與德軍交戰,但結果令人失望。實戰結果顯示,M3輕戰車與當時德軍主力三號戰車G型相較,沒有任何優勢,且三號戰車的50毫米主炮可以在1,000米外貫穿M3輕戰車;但對抗義大利的M13/40坦克則勉強勝任。英國抱怨37毫米主砲威力太弱,尤其在視野開闊的沙漠戰場,輕戰車沒有辦法以它們的機動力取得地形掩護,陷入長距離對抗時火力弱勢更為凸顯,且為了拉近作戰距離,M3的耗油不免大增,野戰表現時英軍統計斯圖亞特的續航力僅有75英里(120公里),不到十字軍戰車的一半,也壓迫到英軍的後勤需求;同時英軍已經採用三人炮塔戰鬥室配置,仍使用雙人炮塔設計的M3輕戰車讓英軍認為是拙劣的過時設計。此外M3的履頻寬度太窄,接地壓太高。  但M3輕戰車也獲得若干正面評價,和當時英軍國產主力十字軍坦克相比,英軍喜歡斯圖亞特的車速和機械可靠性,因此暱稱它為「甜心」。此外英軍戰車的主力武器2磅炮沒有反軟性目標用的榴彈或散彈,有多樣化炮彈可用的M3輕戰車在戰術彈性上仍有價值。  當1942年英軍接收了美製M4雪曼中戰車之後,斯圖亞特戰車開始調整為支援載具,許多拆除砲塔降低重量與油耗,作為偵查車或指揮車使用。最有名的例子是拆除砲塔後改裝成運兵車的「斯圖亞特袋鼠」(Stuart Kangaroo)。

  另一個主要的租借援助國蘇聯,對M3的評價更是等而下之。紅軍認為它火力、裝甲都太差,且對燃料的品質太敏感(M3引擎皆是取自於飛機用星型引擎,需要高辛烷值的汽油,更容易著火),窄履帶設計在泥濘與雪地中機動力更為不堪。即便如此,M3還是優於大戰初期蘇聯製造的T-60坦克等輕戰車。1943年,紅軍試用了升級版的M5輕戰車,但認為並不比M3優良,因此拒絕了美國提供M5。

  美軍第一次於實戰中使用M3是在菲律賓,1941年9月,美軍運輸了108輛斯圖亞特戰車到菲律賓,編成了192、194兩個戰車營。日本開戰後,美軍的斯圖亞特首次接敵發生在1941年12月22日,由Ben R. Morin中尉率領的戰車排操作5輛M3輕戰車與所屬九五式輕戰車交戰,這次作戰Morin中尉的戰車遭日軍擊毀,包含他在內的車組人員遭到俘虜,其餘4輛戰車雖皆有中彈,但成功撤退。在美軍撤退至巴丹半島時,M3輕戰車多度擔任斷後任務,也多次和日軍戰車交火,最後一次戰車作戰發生在1942年4月7日。美國海軍陸戰隊認為在叢林戰中輕戰車較為適合操作,在太平洋戰場隨後仍大量佈署輕戰車,直到1943年末才因反攻任務需要更具威力的75毫米炮,始大規模換裝M4中戰車。  1942年底,當美軍參與北非戰事時,斯圖亞特戰車仍是其主要的裝甲武力。然而在歷經了慘痛的加查拉戰役後,美軍體悟到M3和M5完全不是德軍四號戰車和虎式戰車的對手,於是隨即採取「英國模式」,解散大部分輕戰車營改為偵察之用。在後來的戰事中,多數美軍戰車營多配置三個中戰車連(通常是M4),以及一個斯圖亞特戰車連(M3或M5/M5A1)。  在歐洲戰區,輕型戰車因為面對敵火的生還率太低,只能扮演次要角色。斯圖亞特唯一能充分發揮的主要舞臺在太平洋戰區,因為日軍的戰車數量相對較少,火力和裝甲也較弱。日軍步兵很少配有反戰車武器,面對敵軍戰車時多采用近距離的攻擊戰術。因此在這裡,斯圖亞特戰車的威力只遜於中戰車。

  美軍提供M3系列給中華民國的起緣起自於租借法案以及日本對美開戰。1942年第一次緬北戰役結束後,國民革命軍部分人員撤往印度進行重編;為了活用租借法案物資,國民政府在印度成立駐印軍戰車訓練班,並在民國32年(1943年)建立駐印軍戰車第一營,全營使用M3A3。之後在滇西緬北戰役時編入新一軍參戰,並在1944年3月3日瓦魯班戰役(Walawbum)中成功擊潰日軍第18師團師部,此次重大斬獲後來訂為中華民國裝甲兵節。  國共內戰初期,國民革命軍的M3A3為駐印軍時期接收裝備,並通通納入戰車第一團使用。1948年接收了美軍遺留在太平洋戰區的M5A1,隨著國軍節節敗退,裝甲部隊也在三大戰役中潰滅殆盡。裝甲司令部在徐蚌會戰後,著手重建裝甲部隊。  二次大戰後,美軍在菲律賓、關島和沖繩各地留下許多戰車。由於運回美國費用太高,也沒有用途,於是大多拆掉武裝和通訊系統,任其自然報廢。裝甲司令部參謀長蔣緯國就和美國交涉,把這些戰車買下來運往上海,堆在虯江碼頭。重建的各戰車營就自行尋找堪用的車輛和零件,加以整修組裝。其中戰車第三團第一營湊出廿二輛M5A1戰車,編製成兩個連。經過在臺灣的短暫整訓後移防金門。  1949年10月24日,共軍三個團近萬人兵力渡海登陸金門,與國軍爆發三晝夜激戰,是為金門戰役。由於共軍過度輕敵,反戰車武器失效,遭到M5A1戰車痛擊。戰一營先是守住戰略要地瓊林和安岐,隨後擊潰困守海灘和古寧頭各村莊內的共軍,幫助國軍取得勝利。戰役結束之後,金門防衛部司令胡璉贈與戰三團第一營「金門之熊」稱號,表彰該營在戰役中的表現。
斯圖亞特輕戰車(Stuart tank;M3/M5輕戰車)是第二次世界大戰中,美國製造數量最多的輕戰車。歐洲戰場上所使用的英軍以美國南北戰爭名將斯圖亞特為M3和M5戰車命名。在英國,它同時擁有「甜心」(Honey)的非官方暱稱。美國陸軍則僅以「M3輕戰車」和「M5輕戰車」作為官方名稱。