1937年8月23日，日军攻占了罗店。陈诚接到军委会的命令，要求夺回罗店，于是下令十八军向罗店展开反攻。十八军是陈诚土木系的主力部队，拥有四个师（分别是第11师、第14师、第67师、第98师），四个师的师长分别是彭善、霍揆彰、李树森和夏楚中。11师的33旅66团（团长胡琏）率先攻入罗店，并成功击毙日军一百多人。陈诚和罗卓英收到夺回罗店的消息后，迅速向战区司令部和军委会报捷。两人对战局显得乐观，然而日军很快增兵来袭，十八军与日军在罗店地区展开了惨烈的拉锯战，罗卓英在回忆时提到，十八军是以血肉之躯与日军搏斗，因此，罗店的战斗也被称为血肉磨坊。 8月25日，日军围攻罗店，11师和67师与日军进行了反复的激烈拼杀。半天之内，双方进行了多次白刃战，来回冲杀、进退交换，达到了七八次之多。激战中，67师201旅的旅长蔡炳炎带着敢死队对大队日军发起决死冲锋，最终壮烈牺牲。经过多天的战斗，到8月29日，罗店再度沦陷。陈诚严令罗卓英重新夺回罗店，由于11师和67师在连续作战中的伤亡惨重，罗卓英决定让霍揆彰的14师担任正面的攻坚任务。 14师反攻罗店时，付出了巨大的牺牲。在第一次攻击中，主攻的第83团在短短半天时间里便战死了四百多人。到了30日，14师已经有两个团被打光，不得不进行暂时的休整。霍揆彰对42旅的表现很不满，打算让副师长接手指挥，副师长却显得有些犹豫。这时，14师的参谋长郭汝瑰主动站了出来，表示：大不了战死沙场，怕什么。郭汝瑰加入后，战局已然严峻，日军一部从吴淞登陆并攻占了狮子林炮台，炮台守军全员战死。42旅的阵地也遭到猛烈攻击，郭汝瑰亲自前往前线，与日军展开血拼。经过数日激战，霍揆彰发来电报询问战况，郭汝瑰写下了遗书：我八千健儿已所剩无几。敌攻势未减，前途难测。若日后抗战胜利时，如有波涛如山，那便是我来见你了。

为了夺回罗店，除了十八军外，陈诚还调来了74军（军长俞济时）下辖的51师（师长王耀武）和第58师等部，战斗进入了白热化。42旅的一个团丢失阵地，郭汝瑰对团长说：夺不回阵地，你就拿头来见我。团长咬牙带队反击，最终重新夺回阵地。在战斗过程中，郭汝瑰左翼的67师119旅的旅部被日军炮火炸毁，旅长胡琏将旅部搬到了郭汝瑰的指挥所，之后右翼旅的旅部也被炸掉，最终三个旅的指挥所合并在一起。胡琏刚升任旅长不久，67师在前期战斗中，师长李树森和119旅旅长被炸成重伤，罗卓英急调黄维接任67师师长，胡琏也从11师的团长调任67师旅长。 战斗进行时，119旅的一个团长打电话给胡琏说：我们没有子弹了，旅长请想办法。胡琏怒骂：我怎么变不出子弹？说完气愤挂掉电话。郭汝瑰听后对胡琏说：你这么说不行，这个团长如果用没有子弹为借口放弃阵地，到时候你也要受到军法处罚。胡琏问：那该怎么办？郭汝瑰建议：我从旅里剩余的弹药中拨一点，你马上派人给这个团送去，并告知各部在弹药不足时要互相支援，不能用弹药不足为理由撤离阵地。胡琏听后大为佩服，称郭汝瑰为老兄，真有办法。此后，胡琏多次提到这件事，称赞郭汝瑰冷静果断，具有大将风范。陈诚得知此事后，也称赞郭汝瑰：这个郭小鬼，真有两刷子。 郭汝瑰率领42旅与日军激战七天七夜，最终奉命随十八军其他部队撤离。战后清点，42旅从最初的八千人只剩下两千多，且其中还包括伤兵。霍揆彰在战后升任54军军长，这是陈诚土木系中仅次于十八军的重要部队。霍揆彰马上向陈诚推荐郭汝瑰，陈诚早已对郭汝瑰在罗店战斗中的表现感到满意，便任命郭汝瑰为54军参谋长。武汉会战爆发后，在一次由陈诚主持的军事会议上，郭汝瑰提出了关于防守计划的质疑，并详细阐述了自己的方案。简言之，郭汝瑰认为应该在外围与日军作战，而不是构筑一个破全破的环形阵地。陈诚对他的方案表示赞赏，并报请军委会批准，让郭汝瑰参与重新部署武汉会战的作战计划。相比淞沪会战，武汉会战的作战和撤退有了很大改善。陈诚在之后多次公开表扬郭汝瑰，说他是一个难得的参谋人才。

霍揆彰升任二十集团军总司令后，又将郭汝瑰召回担任参谋长。考虑到郭汝瑰的前途，陈诚推荐他去七十三军暂编第五师担任师长。郭汝瑰到任后发现，该师虽然核定兵员七千多，但实有不到四千人，其他兵员被各级长官吞空饷。幸运的是，郭汝瑰已是陈诚土木系的骨干，在陈诚的运作下，暂编第五师升级为甲种师，补给和装备也得到了提升，陈诚还为其拨给了一个迫击炮营，使得郭汝瑰的指挥工作得以顺利开展。第三次长沙会战反击阶段，郭汝瑰带领部队一直打到汩罗江，战后获得了战区司令长官薛岳的通电嘉奖。 1942年底，郭汝瑰应陈诚的安排，调任国防研究院担任研究委员。陈诚让他当师长是为了给他一个履历，而土木系更需要优秀的参谋长。1943年5月，鄂西会战爆发，陈诚专门派飞机接郭汝瑰前来征求意见。郭汝瑰对原定作战计划提出质疑，并预见到日军进攻的重点。在郭汝瑰的建议下，陈诚重新制定了作战计划，利用十个军抵挡日军五个师团的进攻，最终成功击退了日军。战后，陈诚高兴地表示：这个郭小鬼，真有两刷子。 1945年5月，郭汝瑰与党组织取得联系，成为了绝密的潜伏人员。解放战争期间，他在陈诚的安排下担任了国民党军参谋总长的国防部第五厅厅长，并后来晋升为作战厅厅长。在担任作战厅长期间，郭汝瑰冒着生命危险，为我军提供了许多重要情报，并在幕后发挥着关键作用。郭汝瑰被蒋军将领视为陈诚的亲信，成为所谓的陈诚十三太保之一。

然而，也有人怀疑郭汝瑰的身份。杜聿明曾多次在蒋介石面前指控郭汝瑰不可靠，但蒋介石并未