1937年，八一三淞沪会战中，郭汝瑰率旅与日军反复争夺七天七夜而阵地不失、名扬军界，受到陈诚的器重。武汉会战中，郭汝瑰保卫武汉时，对原先的背水作战计划提出异议，其重新部署的武汉战役作战计划使武汉战役各军均未受重大损失，此举更是获得陈诚的赏识。抗战胜利后，郭汝瑰已置身国军上层，已进入到国民党高层的郭汝瑰。

1945年一个偶然的机会，官至国民党军务署副署长的郭汝瑰，意外地和大革命时代的老朋友，地下党员任廉儒重逢，郭汝瑰的人生轨迹由此改变。此后的日子里每遇到一些重要的战役，郭汝瑰都会将制定好的作战方案报送蒋介石的同时，复制一份交给中共联络员任廉儒。1946年9月，郭汝瑰进入国防部第五厅任副厅长，负责编制和训练，两个月后升任厅长，国民党中枢对郭汝瑰的赏识与日俱增，次年3月被授予作战厅厅长一职。任职作战厅厅长后，郭汝瑰周旋于陈诚、何应钦、顾祝同、白崇禧，四个军事要人之间。

淮海战役前夕，郭汝瑰拿出了一套作战计划，当时杜聿明也制定了一套，向山东共军进攻的计划。由于郭汝瑰的计划得到蒋介石、顾祝同的认可，杜聿明的计划并没有被采纳。但是由于共产党的部队突然集结，淮海战役爆发，郭汝瑰的计划未能实行。1949年4月20日晚，解放军突破长江天险，被视为固若金汤的陆海空长江立体防御体系，一夜之间土崩瓦解。郭汝瑰为中共提供绝密的军事情报，其实已有明眼人察觉，这个人就是杜聿明。

1948年春，顾祝同任参谋总长时，杜聿明就曾对顾祝同说过，郭汝瑰与解放军有联系，反对郭汝瑰任第三厅厅长。顾祝同当时批评杜聿明，让他不要疑神疑鬼。在淮海战役前夕，杜聿明就已经不再让郭汝瑰知道自己的作战方案，如果郭汝瑰知道了，他就不再按原方案执行。杜聿明也曾直接向蒋介石明述，怀疑郭汝瑰是共产党，只是由于蒋介石太过信任郭汝瑰，根本没有把杜聿明的话当回事，再加上杜聿明又拿不出任何证据，他也只能是敢怒不敢言。

1959年杜聿明被大赦，做了全国政协委员病逝前，郭汝瑰去探望，他还抓住郭汝瑰的手说，我最后再问你一次，你当时是不是共产党？郭汝瑰断断续续地说，我们是属于政见不同而已。