Durante la Primera Guerra Mundial, Bayerlein fue reclutado para combatir como soldado en 1917 en el 9.º Regimiento de Infantería bávaro, en el Frente Occidental.
Cuando Rommel abandonó Túnez en marzo de 1943, tras el fracaso del ataque alemán contra Medenine (Operación Capri), Fritz Bayerlein fue nombrado oficial de enlace con el nuevo jefe italiano del Afrika Korps, el general Giovanni Messe.
Durante este periodo, Bayerlein desarrolló un reumatismo muscular y enfermó de hepatitis.
Más tarde, estuvo a las órdenes del general Hasso von Manteuffel durante la batalla de las Ardenas y después tomó el mando del LIII Cuerpo de Ejército.
Como curiosidad, fue consejero técnico en la película dirigida por J. Lee Thompson Los cañones de Navarone.