1936年12月12日發(fā)生西安事變。蔣介石不得不順應民意，與中國共產黨合作抗日,。郭汝瑰見為國效力的時機已到，經陸大同學推薦，到陳誠所屬的第十四師任參謀長,，并到蔣介石籌劃過對日作戰(zhàn)的“廬山軍官集訓團”受訓。 1937年7月7日盧溝橋事變,，日軍大舉進犯中國，抗日戰(zhàn)爭全面爆發(fā),。郭汝瑰所在的第十四師,，奉命參加華北的抗戰(zhàn)。中途因日軍進攻上海,，又奉命回師參加淞滬會戰(zhàn)。這時的蔣介石,，為保衛(wèi)首都南京，對淞滬會戰(zhàn)還是下了很大的決心,。不僅調集和組成了左,、中、右三個方面軍的近百萬主力部隊,，與侵犯上海地區(qū)的日軍堅決對抗,；還自任司令長官，以激勵官兵的斗志,。第十四師的兩個旅奉命在南北塘口一線作戰(zhàn),，該師所屬四十二旅旅長心存膽怯，師長霍揆彰怕其誤事,，讓郭汝瑰與其交換職務,，去代理四十二旅旅長。郭汝瑰在數(shù)十架敵機狂轟濫炸下,，率部堅守陣地,，每到下級有人叫喊“頂不住”時，就沖出掩蔽部督戰(zhàn),。并在戰(zhàn)局危急關頭,，留下遺書，親臨斗志發(fā)生動搖的八十四團指揮作戰(zhàn),。該旅與日軍反復沖殺七天七夜,，八千多人只剩下二千多人，陣地仍未丟失,。從此,，被一些同僚視為書生的郭汝瑰，就成為全軍著名的戰(zhàn)將,。不久,，陳誠任命郭為五十四軍參謀長。

如果說在淞滬戰(zhàn)役中,，郭汝瑰還是以戰(zhàn)斗中的勇敢機智,，受到陳誠的器重，而到武漢會戰(zhàn)時,，陳誠就以善于戰(zhàn)役謀劃的眼光看待郭汝瑰了,。起初，蔣介石和陳誠并沒有接受淞滬戰(zhàn)役,，特別是南京保衛(wèi)戰(zhàn)失敗的教訓,，還是根據(jù)德國顧問的建議，在武漢三鎮(zhèn)構筑環(huán)形工事,，準備死守武漢,。當陳誠召開作戰(zhàn)會議，宣布已擬定好的作戰(zhàn)方案時,，郭汝瑰斗膽直言:“此方案是步南京保衛(wèi)戰(zhàn)的后塵,。這樣的環(huán)形陣地，有一點被突破,，必將全軍崩潰,，有下河吃水的危險?！彼ㄗh盡量利用山地，在武漢的外圍作戰(zhàn),，進行積極防御,。到會人員對郭汝瑰的意見紛紛表示贊同，陳誠也點頭稱是,，并指定郭汝瑰等重新部署武漢戰(zhàn)役的作戰(zhàn)計劃,。結果，武漢戰(zhàn)役各軍均因實施外圍作戰(zhàn),未受重大損失,。郭汝瑰也因此受到陳誠的特別青睞，提升他為第二十集團軍的參謀長,，并且由陳誠推薦蔣介石批準郭汝瑰為暫五師師長,。他率部參加了長沙第三次會戰(zhàn)，并以弱勝強,，受到戰(zhàn)區(qū)司令長官薛岳的嘉獎,。

置身上層目睹了國民黨的腐敗黑暗

在抗日戰(zhàn)爭中，郭汝瑰從陸軍大學的一名普通教官,，逐漸進入國民黨政權的上層,。繼受到陳誠的賞識，得以擔任暫五師師長以后他又因在長沙會戰(zhàn)中善于指揮,，受到薛岳的器重,，要他兼任九戰(zhàn)區(qū)軍官訓練團校官大隊的大隊長,。旋又被兼任副院長的陳誠，調到培養(yǎng)“全能將?！钡膰H研究院任研究委員,；并被自任團長的蔣介石，任命為“中央訓練團”副大隊長,，成為蔣介石心目中的“軍界精英”,。1944年 3月，又以駐英大使館副武官的名義,，被派赴英國考察國防機構的組織情況,。1945年2月歸國后，已經升任軍政部長的陳誠,，在報請蔣介石批準后,，即任命郭汝瑰為掌管全國各軍師編制、裝備的軍務署副署長,、署長,，兼國防研究院副院長。并以軍政部代表的身份,，隨陸軍總司令何應欽,，前往芷江和南京，參加接受侵華日軍投降的儀式,。