1937年9月初，霍揆彰率14师反攻罗店，想派副师长接替作战不利的旅长，副师长面露难色，郭汝瑰说：战死沙场，军人的本分，怕什么，我去。 淞沪会战爆发后，陈诚“土木系”的基干部队十八军，由军长罗卓英带领开赴上海作战。十八军齐装满员，辖四个师（11师、14师、67师、98师），师长分别是彭善、霍揆彰、李树森、夏楚中。 8月19日，11师的团长胡琏，率部首先杀入罗店，击毙日军一百多人，首战告捷。随后11师、67师主力开到，和日军展开拼杀，惨烈的罗店血战打响了。 25日的战况尤为惨烈，仅近距离的刺刀战一天就发生了六、七次，67师201旅少将旅长蔡炳炎亲自带着一营官兵冲杀，身中数弹战死。 战至28日黄昏，11师、67师被迫后撤休整，67师因师长李树森胳膊被炸断，旅长蔡炳炎战死，另一个旅长负重伤，罗卓英不得不将11师的团长胡琏、14师的团长杨勃火线提拔到67师当旅长，师长则由刚从德国回国的黄维接任。 罗店位置重要，蒋介石督令陈诚、罗卓英尽快发起反攻，限期夺回。罗卓英让14师担任反攻的主力，十八军的其余三个师配合。 29日，霍揆彰督率14师进攻罗店，战至30日傍晚，担任主攻的两个团，连以上军官大部战死，建制被打没，其余部队也伤亡不小。 霍揆彰对42旅旅长的表现不满，让副师长去代为指挥，副师长见仅两天时间，全师战死的官兵就以千计，不愿前往，14师参谋长郭汝瑰主动站出来，愿意前往。 霍揆彰大为感动，说：“你去以后，若有困难及时说，解决不了的，我可以向上请示罗军长、陈总指挥（陈诚时为淞沪战区前敌总指挥）。” 9月7日，宝山沦陷，守军98师的姚子青营五百余人，除一人出城向师长夏楚中汇报战况外，其余全员战死。 宝山沦陷后，罗卓英担心腹背受敌，下令十八军转入守势。 9月15日，日军向42旅的阵地发起进攻，一个参谋见炮火猛烈，建议郭汝瑰把旅部后撤，郭汝瑰说：“怕什么，大不了战死沙场。” 郭汝瑰认为若一味防守，阵地难以久守，他不断派出部队反冲锋，和日军对攻。在一次反攻中，营长宋一中未接到命令，就率部后退。 郭汝瑰大怒，要枪毙宋一中，宋一中说：“旅长，我不是怕死，只是弟兄们伤亡太大了，我想留点种子。” 郭汝瑰骂道：“营长、团长都战死了，还有我这个旅长顶上去，谁都不许退。” 宋一中说：“我宁愿死在阵前，也不愿被军法处置，请旅长给个机会。” 郭汝瑰说：“你带队冲锋，若能把鬼子击退，我饶你不死。” 宋一中一咬牙，带着手下转头又杀向日军。郭汝瑰随后带着几个卫兵去前线督战，当看见一个军官抱头向回跑时，他掏出手枪准备将其正法，军官见势不妙，跪下痛哭说：“旅长，我家中还有老母。” 郭汝瑰气得狠狠的踢了军官一脚，大骂说：“再看见一次，绝不饶你。” 军官爬起来后，向前方冲去。当天，在郭汝瑰亲临前线督战下，42旅险些崩溃的阵地稳定下来。 见十八军伤亡极大，已然难以支撑，蒋介石又将74军（军长俞济时）的51师（师长王耀武），58师（俞济时兼任）等部调来，罗店之战成为名副其实的血肉磨坊。 期间，霍揆彰曾询问郭汝瑰前线的战况，郭汝瑰提笔写下遗书，最后写道：他日抗战胜利后，你为名将，乘舰过吴淞口时，如有波涛如山，那就是我来见你了。 霍揆彰看了郭汝瑰的遗书后，情绪难以自己，激动的半天说不出话来。 在日军的猛攻下，十八军的阵地不断后移，67师119旅的旅部被炸毁，旅长胡琏干脆把旅部搬到了郭汝瑰的旅部。胡琏刚搬来仅一天，42旅友邻的40旅的旅部也被日军炮火给摧毁了，该旅旅长得知胡琏借用了郭汝瑰的旅部后，也把旅部迁了过来。就这样，十八军的三个旅长共用一个旅部，指挥各自的部队和日军激战。 一天，119旅的一个团长给胡琏打电话说子弹打光了，士兵也是非死即伤，希望能得到支援。 胡琏说：“几个团都差不多，哪有多余兵力补充。至于子弹，等军部随后补充吧，现在是一发都没有，我又变不出来。” 一旁的郭汝瑰，在胡琏挂了电话后说：““伯玉（胡琏字伯玉），你这样处理有问题，如果这个团长以没有子弹为由擅自撤离阵地，到时候军法追究，你也难脱干系。” 胡琏说：“可我确实没有多余的子弹了。” 郭汝瑰说：“我的旅部还剩一点弹药，你可拿一半去应急。然后通知各团、营长，就说弹药今后友军之间可以互相接济，绝不许以缺乏弹药为由撤离阵地。这样一来，即便有人脱离阵地，责任也追不到你这里。” 胡琏听后，高兴的对郭汝瑰说：“还是老兄你有点子。” 后来，胡琏在当了十一师师长、十八军军长后，每当提及郭汝瑰时，总是夸赞他为人仗义有大局观。 十八军在罗店的阵地，后来由胡宗南的第一军接防，该军在罗店一带继续阻击日军近二十天，伤亡大半，几无战力，直至后来休整时从江西、陕西等地补充了大量新兵，这才稍有恢复。 郭汝瑰的旅撤到后方休整，清点兵力，全旅八千多人大部战死，仅存的二千多人，也大部带伤。
