1948年11月初，剛剛從東北坐飛機逃到北平的杜聿明，被蔣介石任命為徐州“剿總”副司令，主持被蔣介石寄予厚望的所謂“徐蚌會戰”。此前，杜聿明在東北和華東屢戰屢敗，在總結中意外發現，國民黨軍隊幾次重大錯誤決策都有顧祝同跟郭汝瑰經手。在經蔣介石審批的“徐蚌”作戰方案上，杜聿明又看到了這兩個熟悉的名字。
當時，顧祝同是國民黨政府國防部參謀總長，多年來在蔣介石面前亦步亦趨，還直接參與製造了“皖南事變”，絕不可能是解放軍潛伏人員。而總參作戰部長兼第三廳廳長郭汝瑰，則成了杜聿明的懷疑物件。
為此，杜聿明忍不住向蔣介石告狀說：“我自己就夠清廉的了，這個‘郭小鬼’更是清廉得不像話，他一不好女色，二不貪財，甚至連連家裡的沙發都打補丁！”蔣介石聽了非但不相信，反而大怒：難道我堂堂國民政府的官員，都要到處撈銀子才不是共產黨？笑話！
事實上，郭汝瑰也是蔣介石的嫡系心腹，黃埔軍校五期畢業的“天子門生”。其後，郭汝瑰一度到日本士官學校學習，1931年退學回國，又進入南京的陸軍大學第10期學習。陸軍大學是國民黨培養高階指揮和參謀人員的高等學府，每期只招收幾十名學員。
郭汝瑰進入陸軍大學時，校長是楊傑，不久後蔣介石自任校長，楊傑改任教育長，仍實際主持校務。因此，郭汝瑰繼黃埔軍校後，又一次成為“天子門生”。蔣軍後來戲稱陸大畢業的黃埔生為“綠頭巾賞穿黃馬褂”，這種人官運亨通，只黃不綠或只綠不黃都要略遜一籌。
很多受到蔣介石重用的黃埔生都在陸大將官班或“特別班”進修過，像宋希濂、王敬久、孫元良、陳明仁、黃維、關麟徵、桂永清等等，包括第74軍副軍長張靈甫，也是在陸大將官班結業後，才名正言順回去接掌軍長之職。
郭汝瑰在陸軍大學成績優異，見解獨到，受到楊傑的器重，學習三年後以第一名的成績畢業，又被楊傑推薦到陸軍大學研究院第三期繼續深造，沒畢業就成為教官。西安事變後，蔣介石被迫放棄內戰一致抗日，郭汝瑰離開陸軍大學，到陳誠的第十八軍第十四師任參謀長，不久後又到蔣介石籌辦的“廬山軍官集訓團”將官隊受訓。
1937年盧溝橋事變後，30歲的郭汝瑰在經歷了多年的軍事訓練後，正式走上戰場。在此之前，郭汝瑰除了不是浙江人外，符合蔣介石重用人才的每一項條件。而真正讓他進入蔣介石軍事戰略核心的，卻是他在抗日戰場上的出色表現。
淞滬會戰中，蔣介石調集百萬大軍與日本人進行了極其慘烈的戰鬥，郭汝瑰第十四師第四十二旅代旅長，率領8000將士在上海郊區與敵人浴血奮戰。在數十架敵機的狂轟濫炸下，郭汝瑰親自走出掩體督戰，留下遺書抱定必死的決心。最終，郭汝瑰率部與敵人奮戰七天七夜，陣地仍未丟失，到奉命撤退時，全旅只剩下2000餘人。
被同僚視為“書生”的郭汝瑰一戰成名，撤退到武漢後被陳誠任命為嫡系五十四軍參謀長，備受陳誠賞識。在武漢，郭汝瑰的謀略更是令陳誠刮目相看。根據蔣介石的部署，武漢保衛戰跟南京保衛戰異曲同工，都是在德國顧問的建議下死守。郭汝瑰直接跟陳誠說，這個作戰方案只會步南京後塵，必將造成全軍崩潰。最後，郭汝瑰在陳誠同意下重新制定方案，利用外圍大別山等山脈做屏障與敵人周旋，果然各軍未遭重大損失。
陳誠越來越青睞郭汝瑰，先是升任他為二十集團軍參謀長，又推薦他擔任暫編新五師師長。新五師是一支由地方武裝和土匪武裝編成的雜牌部隊，卻在郭汝瑰帶領下成為一支勁旅。長沙戰役中，郭汝瑰率部創造了抗日保衛戰中的經典戰術，以弱勝強打敗了日軍王牌師。駐陪都重慶的各路中外記者，連續數週宣揚郭汝瑰的奇蹟，他還被請到英國講述了30天的“神奇”戰術課。
因為率新五師打了勝仗，愛國人士獎勵郭汝瑰五千銀元，他卻分文未取，全部拿來獎勵給士兵。郭汝瑰這種不愛錢的作風，在國民黨軍官中可謂是獨樹一幟，宋美齡多次用英語向外宣傳郭汝瑰是“無野心無私心”將軍。不久後，郭汝瑰被蔣介石任命為蔣自兼團長的“中央訓練團”副大隊長，成為蔣心目中的“軍界精英”。
1946年，蔣介石悍然發動內戰，參謀總長陳誠掌握軍隊實權，郭汝瑰先任總長辦公廳少將副廳長，不久後就升為主管作戰的國防部第三廳中將廳長。作戰廳負責國民黨軍隊所有重大戰役作戰計劃的制定，接觸到的都是最核心的機密。
作為作戰廳廳長的郭汝瑰，可以說是威風極了。每次開作戰會議，郭汝瑰根據蔣介石的旨意下達命令，點到誰的名字，誰就要站起來立正說“是”。不管對方多大年紀，多高地位，都要聽他的。能夠扮演如此重要的角色，郭汝瑰當然是蔣介石的心腹。
郭汝瑰既然如此受蔣介石器重，又怎麼會遭到杜聿明的懷疑呢？而杜聿明的懷疑到底有沒有根據，是不是懷疑對了呢？
杜聿明有一次去郭汝瑰家，驚奇地發現，這位堂堂中將廳長，客廳裡的沙發居然打著好幾個補丁。杜聿明自忖：我在國民黨裡已經算夠清廉的了，郭汝瑰的家居然比我家還寒酸，他不是共產黨誰是？然而，當杜聿明將他這一觀察報告給蔣介石時，卻遭到了“校長”一頓斥責。
杜聿明後來在《淮海戰役始末》一文中回憶說：“蔣介石、顧祝同完全聽信郭汝瑰這個小鬼（因他是軍校五期畢業，人又矮小，所以我稱他為小鬼）的擺佈，才造成這種糟糕局面。我想質問郭汝瑰為什麼不照原定計劃將主力撤到蚌埠附近，正在猶豫不決之際，見顧祝同等人同意郭汝瑰報告的這一方案，覺得爭亦無益，爭吵起來，反而失去了蔣介石的寵信。”
李敖說，蔣介石把人才當奴才用，這點在杜聿明身上，大概也展現得非常清楚了。事實上，杜聿明的懷疑是完全正確的，郭汝瑰就是一個地下共產黨員。早在黃埔軍校上學時，郭汝瑰便在惲代英、蕭楚女、吳玉章等人的影響下，加入了共產黨。
蔣介石發起“四一二政變”後，因為堂兄郭汝棟是川軍高階將領，郭汝瑰被派到四川阻止楊森攻打武漢。不成想，武漢的汪精衛很快就跟南京的蔣介石同流合汙，郭汝瑰失去了與黨組織的聯絡，無奈留在郭汝棟部。蔣介石命令郭汝棟“清黨”後，郭汝瑰被堂兄送到日本，原本想去日本學點對革命貢獻更大的真本領，不成想要等到15年後，才與黨組織取得聯絡。
1945年，抗戰勝利前夕，郭汝瑰在重慶遇到了黃埔五期同班同學任狄猷，他們曾經是黨內同志。郭汝瑰試圖透過任狄猷迴歸黨組織，沒想到任狄猷也已經與黨斷了聯絡。最後，郭汝瑰透過任狄猷的堂弟任廉儒，與董必武取得了聯絡。當郭汝瑰提出恢復黨籍，甚至請求到延安去工作，董老則表示，郭汝瑰留在國民黨方面幫助更大。
就這樣，郭汝瑰成為共產黨的高階情報工作人員，與任廉儒單線聯絡。他憑藉著自己特殊的身份，冒著生命危險，透過往來於寧滬之間的任廉儒，累計向黨提供了100多次核心軍事情報。在蔣介石身邊，郭汝瑰唯命是從，可他也可以用他那鞭辟入裡、合乎兵書的說法在一定程度上動搖、影響蔣介石的決心。他可以在國民黨要人面前，一口氣講十來個“消滅共軍”，可他自己就是共軍。
有一次，任廉儒問郭汝瑰：“新六軍戰鬥力很強，怎麼辦？”郭汝瑰當即提供重要情報：“新六軍裝備精良，但後勤補給只有5天。”1948年10月，國民黨新六軍被東北野戰軍殲滅，軍長李濤及前軍長廖耀湘被俘。新六軍被殲時，杜聿明正是在東北負責軍事指揮。
在孟良崮戰役前，郭汝瑰受邀到蔣介石的官邸出席晚宴，當晚跟陳誠、劉斐等人研究山東方面的作戰。郭汝瑰彙報了戰場態勢和作戰方案，蔣介石當場決定，以湯恩伯兵團、歐震兵團、王敬久兵團從三面進攻，對華東野戰軍實施合圍。回到自己住處後，郭汝瑰立即把蔣介石的作戰部署抄下來，交前來拜訪的任廉儒帶給陳毅，並強調：
在這一次的戰鬥序列中，有整編七十四師，這個師全部都是美械裝備，下轄三個旅，有三萬七千餘人，戰鬥力強。師長張靈甫驍勇善戰，解放軍要特別小心。
因為知己知彼，陳毅、粟裕指揮華東野戰軍不久後在孟良崮全殲整編七十四師，擊斃師長張靈甫。
淮海戰役中，杜聿明原本已經決定放棄徐州，堅守蚌埠。想不到在向蚌埠進軍途中，郭汝瑰誘使蔣介石三變決心，改在徐州外圍作戰，造成軍隊一片混亂。最終被解放軍在移動中分割圍殲，杜聿明也當了俘虜。
杜聿明在1959年作為第一批獲特赦的戰犯出獄，後來做了全國政協委員，與郭汝瑰多有來往。1981年，杜聿明病重將不久於人世，郭汝瑰到他病床前探望，杜聿明抓著他的手說：“我最後再問你一次，你當時是不是共產黨？”郭汝瑰應聲說：“光亭啊，我們是屬於政見不同。”
同樣因為郭汝瑰而被俘的黃埔名將還有宋希濂，當他率領殘部向西逃竄時，時任七十二軍軍長，率部鎮守宜賓的郭汝瑰派參謀通知宋希濂，聲稱奉顧祝同命令，可以允許宋希濂帶少數人進入宜賓，部隊不準進城。宋希濂認為郭汝瑰是蔣介石心腹，此時讓他獨自進城，恐怕是要追究他戰敗的責任，因此未敢答應。
宋希濂不敢進宜賓城，但也因此得出一個結論，解放軍要追他，就必須先解決宜賓的郭汝瑰，必定需要一些時間，他就可以趁這些時間逃之夭夭。可沒想到，僅僅過了兩天，宋希濂就得到了郭汝瑰率部起義的訊息，十天後被解放軍追上，束手就擒。
事實上，在三大戰役結束，大局基本已定後，郭汝瑰曾跟任廉儒提出到解放區工作。但黨組織認為，蔣介石必定會妄圖鞏固西南，到時候西南必有一場惡仗，郭汝瑰不如爭取到大西南去，到時候臨陣起義，瓦解敵軍，必定會起到意想不到的效果，加速戰鬥程序。因此，郭汝瑰決心冒險爭取帶部隊到西南，果然派上了用場。
遠在臺灣的蔣介石氣得大罵：“娘希匹，沒想到郭汝瑰是最大的共諜。”臺灣報紙也有“一諜臥底弄乾坤，兩軍勝負已先分”的說法。國民黨的報紙這樣說，誠然有為當局的失利找藉口的因素，但也不可否認，郭汝瑰為解放戰爭取得勝利發揮了至關重要的作用。
更難能可貴的是，郭汝瑰雖然身在敵營，仍能保持一個共產黨員艱苦樸素的作風，甚至因為“過於”清廉而遭來杜聿明的猜疑。郭汝瑰剛到南京時，租住了一間民房，與蔣經國是近鄰。然而，當蔣經國帶著親信去拜訪他時，在整條巷子裡來來回回找了兩遍，也沒有找著“郭公館”。原來，郭汝瑰一家人租住在一間肉鋪的二樓。蔣經國好不容易才找到地方，郭家人留他吃中飯，儘管就在肉鋪樓上，餐桌上卻沒有肉。
郭汝瑰就這樣一直嚴格要求自己，心中始終懷著共產黨員崇高的理想，儘管建國後迴歸黨組織經歷了一個艱難的過程，他的信仰始終未變。無論是作為軍事指揮者，還是黨的地下工作者，郭汝瑰都稱得上是一個傳奇！
