郭汝瑰任陆军总司令部徐州司令部参谋长时，设法调任另一中共间谍张克侠为徐州城防司令。1948年11月10日，张克侠等在万年闸率部投共，使徐州防线的东北大门洞开，让解放军得以直捣徐州。

孟良崮战役中，郭汝瑰将国军作战部署抄录转交任廉儒。整编74师(由74军改编)后来被解放军以优势兵力包围并歼灭，中将师长张灵甫阵亡。

郭汝瑰除洩露军情外，还存心製造内部矛盾，作出错误的部署，拟订让国军吃亏的作战命令，发佈了很多假情报。

1948年10月，蒋介石决定“守江必守淮”，集中优势兵力于徐州、蚌埠之间的津浦铁路两侧，与解放军决战。“徐蚌会战”(淮海战役)的具体作战方案就是由郭汝瑰本人所制定，此方案尚未下达到前线的国军，就被郭汝瑰报达给解放军的指挥部。郭汝瑰还诱使蒋介石屡次变更作战方案，放弃坚守蚌埠，在徐州外围作战，增加了国军在移动中被分割围歼的机会。

1944年3月，又以驻英大使馆副武官的名义，被派赴英国考察国防机构的组织情况。1945年2月归国后，已经升任军政部长的陈诚，在报请蒋介石批准后，即任命郭汝瑰为掌管全国各军师编制、装备的军务署副署长、署长，兼国防研究院副院长。并以军政部代表的身份，随陆军总司令何应钦，前往芷江和南京，参加接受侵华日军投降的仪式。

进入国民党上层的郭汝瑰，有机会与国民党军政要员直接接触，其中仅在“中央训练团”，就听了蒋介石的30多次讲话，并受到蒋介石和许多高官的宴请。目睹身受，他愈来愈对国民党的腐败黑暗感到不满。在担任暂5师师长，直接掌管部队以前，郭汝瑰还以为对日作战的失败，主要是装备落后和指挥失误。到暂五师接任师长时，才知道这个暂编师，实际只有三千多人，却上报七千多人。这才更清楚地知道，国民党的许多军官，都是平时谎报人数吃空缺，一旦打起仗来就谎报伤亡逃亡要补给。