1941年9月2日，陸軍大學教官郭汝瑰被陳誠薦任為第九戰區暫編第5師少將師長，這是一支挺能打的湘軍部隊，在隨即爆發的第三次長沙會戰中表現非常英勇，然而郭師長在作戰中才驚奇地發現，這個在軍政部花名冊上應該擁有7000多人的步兵師，實際兵員卻只有3000餘，還不如日軍的一個步兵聯隊人馬多，終知蔣軍在抗日戰場上屢敗屢戰，並不完全是因為裝備和訓練的差距，也慶幸自己走對了路。
黃埔五期畢業的郭汝瑰，實際上早在1928年便已經秘密入黨，後被選送日本陸軍士官學校進修，1931年回國後再入陸軍大學第十期深造，這就是「黃馬褂、綠袍子」通通具備了的嫡系天子門生，加之其兄郭汝棟很早就是川軍的中將軍長，因此在軍中背景頗為深厚。1943年鄂西會戰期間，第六戰區司令長官陳誠判斷不準日寇第11軍的作戰企圖，召自己比較欣賞的「國防研究院」（軍委會直轄）四名委員參贊軍機，唯有郭汝瑰發表了不同意見。
其他三個高參都認為日酋橫山勇的目標是常德，為取城奪糧，而郭汝瑰堅決認為日軍是要誘殲第六戰區主力，是機動作戰，眾人根據戰場形勢推演，皆疑。而半信半疑的陳誠終於沒有上了橫山勇的圈套，保持戰區主力做機動配置而非死守，次日凌晨，日軍第13師團突然掉頭北渡長江，直撲公安地區的87軍等部，尋殲意圖顯露無遺，陳誠拍案大叫：「這個郭矮子，真有兩刷子！」遂有鄂西會戰的最後勝利，郭汝瑰從此聲名鵲起。
在陳誠的一路提拔下，已經成為「土木系十三太保」之一的郭汝瑰步步高升，1944年赴英考察，1945年成為軍政部軍務署長（主管所有部隊的編制和裝備），同時兼國防研究院副院長（原陳誠兼）。抗日戰爭勝利後，軍委會改制為「國防部」，參謀總長陳誠再委郭汝瑰為第五廳廳長（主軍務）、第三廳廳長（主作戰），期間還一度出任顧祝同陸軍總司令部的中將參謀長。
由於作戰廳長直接參與最高層的作戰指揮，並經常要向蔣、陳提供資料和方案、定期到老蔣官邸匯報戰況聽取指令，有時還要隨蔣、陳誠到各戰區視察，因此郭汝瑰一躍成為蔣軍軍事中樞的核心人物，一時紅的發紫。而誰也不知道，郭汝瑰1945年就已經恢復了組織關係，成為位置最關鍵、情報最機密的高級「臥底」，為解放戰爭的勝利立下做出了卓越貢獻。
至於說到郭汝瑰所起到的巨大作用，那就不勝枚舉了，1947年5月，老蔣在官邸批准了「魯南會戰」的兵力部署，郭汝瑰當時在場，關於湯恩伯、歐震和王敬久三個兵團的作戰序列和攻擊目標，以及整編第74師擔任前鋒的情報，當夜就被郭汝瑰秘密傳送了出去。
在之前的文章中，曾經說明粟裕在5月10日收到的絕密情報，遂改變決心從殲擊桂軍改為圍殲整74師，而情報來源這裡便是謎底，孟良崮一戰，五大主力之首全軍覆滅。1948年10月，在何應欽主持召開的軍事會議上，蔣軍擬定了「徐蚌會戰」的作戰要旨和部署方案，甚至連徐州剿總所屬的各兵團司令部還沒有收到會議紀要，郭汝瑰已經通過地下渠道送到了西柏坡和華東野戰軍首長的案頭。
戰役打響之前，黃百韜第七兵團已經接到了向徐州收縮的命令，而正是在郭汝瑰的運作下，劉峙命令黃百韜必須帶上川軍第44軍一起撤退。黃百韜這一等就是48小時，終於讓華野先頭部隊搶佔先機，斷了第七兵團的去路，最終將其包圍全殲，也拉開了淮海戰役的大幕。
徐州剿總副總司令杜聿明對郭汝瑰始終有所懷疑，他本意是將華東戰區的蔣軍集中使用進行機動作戰，即便要守也應該以蚌埠為支撐點，然而在郭汝瑰的巧妙影響下，老蔣最終堅持固守徐州。杜聿明對此氣急敗壞又無可奈何，在成為功德林的戰犯之後，他曾經在《淮海戰役始末》一文中寫道：
「這裡，我心忐忑不安，覺得上了蔣的當，並認為蔣和顧祝同是完全聽信郭汝瑰這個小鬼（因他是軍校五期畢業生，人又矮小，所以我稱他小鬼）的擺布，才造成這種糟糕局面。我想責問郭汝瑰為什麼不照原定計劃主力撤到蚌埠附近，正在猶豫不決之際，見顧祝同等人同意郭汝瑰報告這一方案，覺得爭也無益，一個人孤掌難鳴，爭吵起來，反而會失了蔣的寵信。」
三大戰役勝利後，郭汝瑰為防止老蔣推卸責任以及引起不必要的懷疑，決定主動引咎辭職離開軍隊指揮中樞，並且在顧祝同的保舉下就任第72軍中將軍長，於是離開南京前往四川始招兵買馬整編部隊。期間郭汝瑰在部隊內部剪除了暗藏的務和反動分子，提前做好了所部官兵的思想工作，當二野大軍入川之際，於1949年12月11日在宜賓地區通電起義，勝利歸隊，堪稱最成功最傳奇的臥底生涯！
諜戰劇《風雲年代》就是以郭汝瑰將軍的事跡為原型的，因為其祖籍四川銅梁（今重慶屬），遂在劇中以「梁桐」的名字代指，留英經歷、跟陳誠的關係、作戰指揮中的隱秘地下工作，無不一一與歷史契合。