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1937年8月13日，淞沪会战爆发。
战至9月上旬，本来先发制人准备歼灭上海地区日本海军陆战队的中国第三战区部队开始调整部署，由过去的进攻态势变为防御态势，痛苦的拉锯战开始了。
时任第18军第14师42旅代旅长的郭汝瑰站在战壕内也很惆怅，本来手握一把好牌，却因蒋介石首鼠两端的心里，中国军队丧失了歼敌的最佳机会，让本来处于弱势的日本海军陆战队坚持到了援军的到来。看来，这场仗且有的打啊！
就在郭汝瑰在感慨的时候，部下询问，为什么其他部队纷纷撤到后方，而42旅仍然要固守在南、北塘口一线呢？
对于战局的变化，郭汝瑰虽然知道的相对较多，但有些事情是无法与部下明说的，因此，郭汝瑰只是淡淡的回答：友军后撤是为了重整战线，我们旅的任务就是尽可能地守住脚下的阵地，为友军建立稳固的防御体系争取时间。
对于接下来的苦战，郭汝瑰是早有心理准备的。可他也没料到，42旅这一仗竟然打了7天7夜。
八一三淞沪会战的爆发，意味着中国的抗日战争已经由“卢沟桥事变”后的地区性冲突升级为全面战争。
上海，是当时中国的经济中心和对外贸易的主要窗口，日军一旦占领上海，就意味着掐住了中国的脖子。在日军的规划中，占领上海会使中国“军队及国民丧失战斗意志”，导致南京国民政府投降，从而达到快速占领中国的目的。因此，在日本军部的作战计划中，占领上海是必须要完成的目标。
既然日本对上海势在必夺，那何不先发制人呢？
张治中 图片来自网络
为此，南京国民政府负责京沪方面战事的张治中将军主动请缨：既然日军一定要进攻上海，中国军队就要‘先发制人’，趁着日军主力尚未在淞沪地区登陆的时候，先把驻扎在上海的日本海军陆战队扫荡一空，然后再对付来犯的日军主力。
至于“先发制人”的条件，张治中将军拿出了四条意见：
1、日军派陆军主力师团来沪，并且已经登船运输时；
2、日军派航空母舰来沪时；
3、日军位于长江的军队向沪集结时；
4、日军提出无理要求，甚至限期答复时；
张治中将军认为，在这四种条件下，中国军队必须要“先发制人”。
可由于军情泄露，先是日本海军舰队仓皇逃到了淞沪地区，后又因为对日本海军陆战队的敌情判断不明，误以为日本海军陆战队仅有3000余人，但战事爆发才发现，日本海军陆战队的人数在9000余人，并且早已经做好了战斗准备，这就让准备一举将日军赶下大海的张治中将军陷入了苦战。
本来，若是先发制人，可以利用战役发起的突然性在战争初期获得优势，进而把优势转化为胜势。可由于情报泄露，战役发起的突然性已经没有了，发动正面进攻对于武器装备远不如日军的中国军队来说，无疑是要付出巨大的代价的。在日军飞机和海军舰炮的打击下，整个作战区域基本上被日军火力全覆盖，中国军队虽英勇奋战，与日军进行逐点争夺，但损失巨大。
日军的第3师团和第11师团各一部已经在狮子林和吴淞登陆，正在两面夹击宝山县城。第9师团和第3、第11师团主力和第12师团一个联队也正在运往上海的途中。在这种不利局面下，第三战区各部只得逐步转入防御态势，大部后撤建立第二道防线，而郭汝瑰所在的第14师第42旅则被赋予了在第一线阻击的任务。
本来，这场阻击战是没有郭汝瑰什么事的，作为参谋长，他的本职工作就是留在师部协助师长霍揆彰指挥作战。可是由于日军的狂轰滥炸，使得本来担任第42旅旅长的曾粤汉（毕业于日本士官学校）对能否抵挡得住日军的攻势没有信心，因此虽然接受了命令，但始终没有率队前往。眼看任务规定的出击时间就要到了，师长霍揆彰急了，既然曾粤汉不肯去，那就派副师长凌兆尧（毕业于保定军官学校）去吧。可凌兆尧也没有信心。霍揆彰更急了，难道让我这个师长亲赴一线？无奈之下，霍揆彰只得把目光投向了郭汝瑰。
郭汝瑰 图片来自网络
霍揆彰和郭汝瑰的关系本来并不太好。由于郭汝瑰深得14师官兵爱戴，就引起了霍揆彰的嫉妒，时不时地扔给郭汝瑰一双小鞋。而郭汝瑰呢，也早就想离开14师。既然有这么个机会，那不正好吗？于是，郭汝瑰接受了命令，以42旅代理旅长的身份奔赴前线。再说了，在国民党军官的升迁惯例中，师参谋长一级的军官想要升为军参谋长，必须要有担任旅长的资历。郭汝瑰虽然没有在此时就有想要升官的想法，但他的这一次临危受命之举不仅获得了霍揆彰的好感，还为日后被陈诚提拔为第54军参谋长攒够了资历。
郭汝瑰赶到前线后，刚布置好防线，日军的飞机就“光临”了他的指挥部，雨点般的炸弹在指挥部四周爆炸，其中一颗炸弹正好命中指挥部，弹片横迸，瓦片乱飞，幸好郭汝瑰带了一顶钢盔。
在这种大战面前，任何的软弱和仁慈都是要不得的。郭汝瑰在军中一向以“儒将”著称，可在南、北塘口阻击战中，郭汝瑰一改原有的儒将风度，眼神凌厉，眼睛红得吓人。每逢前线阵地有失守之处，他必定按照“逢失必反”的战术在第一时间组织兵力反攻。可是，日军的炮火太猛烈了，每次反攻虽然能够抢回阵地，但出击的战士生还者寥寥。
担任第42旅预备队的第84团打得最惨，一个团在3次反击中就损失大半。损失虽然巨大，但任务必须完成，郭汝瑰也杀红了眼，84团第1营营长宋一中在一次反攻失败后立即被郭汝瑰下令枪决，这要换在平日，郭汝瑰是绝对做不出这种事情来的。可又有什么办法呢？如果郭汝瑰不严肃处理宋一中，定会在军中造成不良影响，战事惨烈，任何的软弱和仁慈都可能造成全军崩盘。
可郭汝瑰还是给了宋一中一个机会，在宋一中苦苦哀求要戴罪立功，为国捐躯的时候，郭汝瑰同意了。
这一次，宋一中再也不敢有任何的胆怯心理和怕死行为，而是身先士卒，带头杀入了日军的防线，收复了阵地。而宋一中呢，不仅没死，连轻伤都没有负，可谓奇迹。
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此时的郭汝瑰深知，自己虽然率部抵挡住了日军的反复进攻，但势必不能持久。二线的防御工事还未建成，援军虽多，但总是被打散分配到各个阵地，始终没有在局部形成绝对优势，会战已经打成了“添油战术”，这可是兵家大忌。在他看来，在淞沪战场上，中国军队和日军的战术都不咋地，都犯了同样的“添油战术”的错误，会战的胜负就看哪一方的统帅能够先发觉这个错误了。
事后证明，郭汝瑰的担忧是对的。
淞沪会战后期的发展是这样的：
最先发觉这个问题的是白崇禧，因此他在桂军刚到淞沪战场的时候就组织了一次突袭战，想要在局部集中主力打开一个突破口。可由于战场形势完全被日军掌控，桂军的突袭行动提前就被日军侦知，以至于桂军在发动突袭时正好和早有准备的日军来了个头碰头，在日军飞机和舰炮的打击下，桂军损失两万余，连旅长都战死了好几位，把白崇禧心疼的好几天水米未进。
日军的统帅几乎在同时也发现了这个问题，因此，在大量援军来到淞沪战场后，并没有把兵力投放到正面战场，而是在金山卫登陆，最终造成了中国军队的溃败。
郭汝瑰虽然能够预见到危险，但人微言轻，还是把自己手头的事做好吧。可是战场形势愈发恶劣，日军已经好几次突入到42旅指挥部附近，看来是到了留下遗言的时候了。郭汝瑰在拒绝了84团团长撤退的建议后，提笔给14师师长霍揆彰写了一封遗书：
......若阵地失守，我就战死疆场......他日抗日胜利之时，你为世界名将，乘船过吴淞口时，如有波涛如山，那就是我来看你了。
此时战事愈发激烈，第42旅左翼的胡琏所部和右翼的第40旅连指挥部都被日军炮火击毁，三个旅长同用一个指挥部，并且同心协力，不分彼此。
战事最危险的一次是胡琏所部的弹药已经打光，补给还遥遥无期。幸好42旅的弹药被送了上来，郭汝瑰果断地把弹药让给了胡琏。不然，一旦胡琏所部的防线被突破，即便42旅和40旅再英勇奋战，这条由三个旅防守的防线还是要被日军突破。这充分反映出了郭汝瑰的大局观。
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也正是由于这段香火之情，胡琏对郭汝瑰极好。甚至在后来郭汝瑰深受蒋介石怀疑的时候，还力邀郭汝瑰出任重建后的第18军军长一职。
从9月13日开始，一直到9月19日，郭汝瑰率42旅顽强守在南、北塘口防线，奋战7个昼夜，寸土未失，打出了中国军人的血性。
9月19日，郭汝瑰终于得到了换防的命令，第4军奉命接防。而此时第42旅仅剩下2000余人，还多是伤员和伙夫，全旅战前共有重机枪36挺，在撤退时仅剩下4挺。
得知42旅在南北塘口防线血战7昼夜的事迹后，上海人民沸腾了。由宋庆龄、何香凝组织的慰问团专门到42旅进行慰问。出于对此战中有优秀表现的郭汝瑰的赞赏，何香凝特意托人给郭汝瑰送了一件亲手织就的毛衣，以示鼓励。
至于一向对郭汝瑰心怀嫉妒的14师师长霍揆彰也一改常态，变得极度热情起来。一方面是他感动于郭汝瑰给他留的遗书；另一方面他即将要升任第54军军长，也需要像郭汝瑰这样的人才协助。
淞沪会战结束后，罗广文继任第42旅旅长，郭汝瑰仍然回到14师担任参谋长。不久，在霍揆彰的强烈要求下，郭汝瑰被陈诚任命为第54军参谋长。
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