1907年，郭汝瑰出生于四川省铜梁县。郭汝瑰原名郭汝桂，在黄埔军校读书时，将“桂”字改为“瑰”字。其家世代书香，曾祖郭和熙是前清举人出身，为蜀中才子。父亲郭朗溪是前清秀才。
郭朗溪爱谈时事，抨击时弊，郭汝瑰少年时受父亲影响很深。
1926年，郭汝瑰入黄埔军校第五期学习，共产党人恽代英、吴玉章等都是他的老师。郭汝瑰好友袁镜铭是共产党员，希望他能介绍自己加入中国共产党。但因堂兄郭汝栋是国民党川军师长，慎重起见，需要考察一段时间才能决定。
1927年4月12日，蒋介石发动反革命政变，成立南京国民政府，与武汉国民政府对立。而武汉国民政府当时还在与共产党合作，蒋介石却是反共的。
共产党员吴玉章，当时在黄埔军校主持校务工作，他知道郭汝瑰与郭汝栋的关系，也知道郭汝栋是杨森的部下。而杨森很有可能去攻打武汉，吴玉章希望郭汝瑰能够劝说其堂兄郭汝栋，阻止杨森攻打武汉的行动。于是就让郭汝瑰提前毕业，返回四川，说服郭汝栋。
郭汝瑰将吴玉章的意思告诉了郭汝栋。郭汝栋表示不支持杨森攻打武汉，却背着郭汝瑰不知道，示好蒋介石。不久后，宁汉合流，共同反共。郭汝瑰和党组织失去联系，无奈，只好暂时待在郭汝栋的军队中。
1928年，国民党又成立特务组织，专门对付共产党。而此期间，郭汝瑰一直处于考验期，未能入党。直到1929年，经袁镜铭介绍，郭汝瑰方才第一次入党。谁知道，世事变幻，日后却因党籍问题，波折不断。
青年郭汝瑰
恢复与党组织的联系
进入1945年，抗日战争已经胜利在望。此时的郭汝瑰早已与党组织失去联系多时。5月份，郭汝瑰遇到黄埔军校老同学任逖猷，言谈中，得知任逖猷入狱后也与党组织失去了联系。不过，任逖猷告诉郭汝瑰，或许任廉儒还有联系。
三天后，任廉儒来到了郭汝瑰的住所。任廉儒此时做情报工作，工作于中共中央南方局。郭汝瑰向他讲述了自己近年的经历，并表示道：
我对共产党十分怀念，我请求组织恢复我的党籍，我愿意接受组织对我的考验。
任廉儒表示，一定会把他的愿望转达给党组织。
这之后，任廉儒通过和郭汝瑰的多次接触，了解了郭汝瑰。郭汝瑰也向他提供了一些重要的军事情报。
就这样，直到抗日战争胜利后的一天，任廉儒带郭汝瑰见到了中共高层人物董必武。郭汝瑰激动之情溢于言表。
郭汝瑰向董必武请求归队。董必武告诉他，说他居此高位不易，留在这里能够发挥更大的作用。并指定任廉儒，此后与他单线联系。
两天后，任廉儒向郭汝瑰转达了董必武的话：
你要求恢复党籍，原则上可以，但要经过一番考验。我们同志打入国民党机要岗位很不容易，你去延安作用不大，你留在这边可以为党做更多的工作，更有助于你组织问题的解决。
郭汝瑰接受了董必武的意见，他对任廉儒说：
只要党容纳我，我可以把安危置之度外。
蒋经国叹其廉
1946年，郭汝瑰住进南京四条巷，而蒋介石的长子蒋经国住在三条巷。
一天，蒋经国带着随从去拜访郭汝瑰，在四条巷找了两个来回也没找到。后经路人指点，可能住于肉铺之上。
蒋经国走了上去，此时只有郭汝瑰的妻子一人在家。郭汝瑰的妻子并不认识蒋经国，备茶待客，很是客气。蒋经国又看到，饭桌之上只有两个素菜，别无他物。蒋经国由衷感慨：
如果党国的干部都像郭汝瑰这样，那党国就有救了。
作为国民党国防部的高级将领，吃住如此简单，这在当时实在少见。要知道，当时的国民党是何其腐败。许多国民党将领贪腐成风，奢侈浪费，而像郭汝瑰这样廉洁的，实在少之又少。
虽然郭汝瑰为蒋经国所称道，日后更为蒋介石所器重，视为爱将，却也令蒋介石懊恼不已。蒋介石如何也想不到，他如此信任的郭汝瑰，竟然是为共产党工作的。
杜聿明
郭汝瑰出手，将蒋介石引向失败之路
1947年5月12日晚，蒋介石宴请作战人员，同时研究山东方面的作战。郭汝瑰作为国防部作战厅厅长，也出席了晚宴。
当时，共产党方面，是陈毅率华东野战军在山东作战。鉴于山东的紧急情况，蒋介石当晚决定对共军实施合围。
郭汝瑰回去之后，就把蒋介石的这一部署情况告诉了任廉儒。不久，解放军得益于郭汝瑰的情报，有备而战，在孟良崮战役中，击毙蒋介石的悍将张灵甫，并全歼其王牌部队74师。
1948年秋，解放军开始对国民党进行战略反攻。在这个时期，国民党主力分布于陇海一线，郑州、开封、徐州等战略要地皆为其所占。此时，郭汝瑰则制定了一个放弃陇海，退守淮河的作战计划。杜聿明对这个计划表示反对，他说：
主要就是打中原，打仗就是争中原嘛，哪有我们把中原要得自动放弃，往后退的道理呢？
郭汝瑰早有准备，以历史上守江必守为由淮解释其作战计划，得到蒋介石的肯定。由此，蒋介石的百万大军按解放军的构想一步一步开始布局。
1948年11月6日，淮海战役打响。国民党将官何基沣、张克侠率部起义。解放军得其便，趁势消灭了李弥的第十三兵团和黄伯韬第七兵团一部，并实现了对黄伯韬余部的包围。黄伯韬被围皆因不舍其盐店资产，失去时机。
在对于如何解救黄伯韬兵团时，杜聿明和郭汝瑰再起争执。而蒋介石却坚持郭汝瑰的方案。杜聿明对郭汝瑰的上级顾祝同说：
你们就是因为完全听信郭汝瑰这个小鬼的摆布，才造成了这个糟糕的局面。
杜聿明到达徐州后，提出了另一套解决方案，无奈总司令刘峙却惟蒋介石之命是从，不敢违抗。结果，解救失败，黄伯韬绝望自尽。
杜聿明面对执行郭汝瑰作战计划所造成的屡次失败，心有不甘，甚为愤怒，便找到顾祝同理论，顾祝同却和稀泥：
你不要瞎说，你没有证据的事情。现在党国已到了危险之际了，如果你们之间再闹矛盾，就是黄埔内部在搞内讧，那么国民党就完了。再说，你说他是‘共谍’，你拿出证据来，证据确凿那也没办法，要是拿不出证据就最好别说。
1948年10月22日下午，国民党在南京国防部大楼里讨论和解放军中原决战的作战计划。国防部部长何应钦、参谋总长顾祝同、作战厅厅长郭汝瑰等人出席。最后，郭汝瑰的放弃陇海的作战计划得到蒋介石的赞同。
蒋介石命杜聿明任徐州“剿总”副司令，协助“剿总”司令刘峙指挥即将发生的中原决战。当国防部第三厅副厅长徐朗轩将郭汝瑰的作战计划交给杜聿明后，杜聿明看完大骂郭汝瑰。
其实，在收到郭汝瑰的作战计划前，杜聿明已将自己的“攻势防御”计划提交给了蒋介石，可是蒋介石还是采用了郭汝瑰的计划。
杜聿明不想背负放弃徐州之名，故此采取了拖延战术，迟迟不肯赴任。并且杜聿明已经对郭汝瑰产生了怀疑，便对蒋介石说：
我自己就够廉洁了，可是‘郭小鬼’更是清廉得不像话，他一不好女色，二不贪财，甚至连家里的沙发都打上补丁！
蒋介石不但没有相信杜聿明的话，反而很生气，说：
难道我堂堂国民政府的官员，都要到处捞银子才不是共产党？笑话！
11月底，在蒋介石的官邸召开了决定性的会议。
在就如何撤离徐州营救黄维兵团问题上，郭汝瑰主张走左路，东撤。杜聿明质问道：
东边都是水网地带，我们那么多重装备，那些武器怎么办？你是不是要送给空军？
此语一出，会场顿时喧闹起来，大家议论纷纷，蒋介石也表现出不满。接着，杜聿明和蒋介石去小会议室密谈一番，出来后宣布散会。
这时郭汝瑰已经觉察到了，自己处境危险。然而，他还是冒险，一人去了上海，将这份攸关大局的重要情报交给了任廉儒。
由于共产党获得国民党重要情报，在战场上占尽先机。1949年1月，蒋介石中原决战失败，杜聿明全军覆没。
老年郭汝瑰
建国后
1981年，郭汝瑰再次正式入党。
1997年，郭汝瑰在台湾出版个人著作《郭汝瑰回忆录》。书籍出版之后，便有流言蜚语传到郭汝瑰耳中，郭汝瑰淡然一笑，说道：
战争的胜败，决定于人心的向背。我早年就参加共产党，从来没有跟国民党干反共的事，说不上什么背叛。如果站在清王朝的立场，说孙中山先生为为叛徒，郑孝胥，、张勋这些保皇派为忠臣，岂不可笑？不为国家民族利益着想而徒谈忠义，只会助长专制独裁，阻止社会进步。
1997年10月23日，郭汝瑰遭遇车祸，与世长辞。