抗日战场，郭天民“发狠牛道岭，扬威娘子关”，日军认定他是“聂荣臻的爱将”
     1938年1月，郭天民出任中央军委第一局（作战）局长。8月，赴前线出任八路军晋察冀军区副参谋长，在聂荣臻领导下工作。9月，在山西五台、盂县交界的牛道岭战斗中，他率部击毙日军独立第四混成旅团联队长清水正夫大佐。当时，清水一再扬言要荡平五台山，发誓要带兵“胜利”地开进五台县城。为了防止敌人逼近晋察冀军区首脑机关，聂荣臻要军区正、副参谋长唐延杰、郭天民立即指挥部分兵力掩护机关和后方人员撤退。
     唐延杰、郭天民抓住机会，指挥部队在牛道岭袭击敌人。当时，大家并不知道清水也被打死了，直到聂荣臻在偶然得到的日本《福冈日日新闻报》上，看到10月6日日本同盟社的一条电讯：“山西肃清战中著有赫赫武勋的清水大佐战死……”
    1938年12月，郭天民出任晋察冀军区第二军分区司令员，指挥所部开展敌后游击战争。
     1940年7月22日，八路军总部发布了“关于大举破击正太路战役的预备命令”。8月8日，总部又发出了“战役行动命令”，规定“聂集团主力约10个团，破坏平定（不含平定）东至石家庄段正太线。破坏重点应在娘子关至平定段”。接到总部命令，晋察冀军区立刻抽调部队组成三个纵队，即熊伯涛指挥的左纵队，杨成武指挥的中央纵队和郭天民、刘道生指挥的右纵队，还有一支钳制部队和一支总预备队，担负这次作战任务。按照总部规定，正太路破击战于8月20日晚10时全线准时发起攻击。而攻占战略要地娘子关的战斗，是晋察冀军区在战役第一阶段所取得的突出战果。
     天险娘子关，是正太路上冀晋两省交界的咽喉。抗战爆发前，国民党军就在这里构筑了不少工事。1937年10月，娘子关被日军侵占后，日军又依据险峻的山谷，在旧有的工事上加修了四座大堡垒。另外，在关下的村子里还驻守一部分伪军。当时，日军吹嘘娘子关“固若金汤”。因此，郭天民一接受指挥右纵队的任务，就决心拿下娘子关，灭灭日军的气焰。战斗开始的当夜，他派担负主攻任务的右纵队第五团潜入娘子关村，解决了村里的伪军，然后依托村庄，向据险顽抗的日军进行强攻。在陡峭的山坡上，战士们冒着密集的炮火，前仆后继，向娘子关上敌堡垒仰攻，经过3小时的反复冲击，终于夺取了敌人的堡垒。天近黎明的时候，八路军胜利的旗帜已经插上了娘子关头。在日军铁蹄下生活了近3年的娘子关地区的同胞，看到八路军的旗帜高高地飘在关头上，兴奋得流出泪水。占领娘子关后，郭天民又乘胜挥军破坏了娘子关东面的铁路桥，收割了大批电线。8月21日，日军增援部队赶来，郭天民指挥部队破坏了堡垒工事后，主动撤离娘子关。事后，日本媒体认定郭天民为“聂荣臻的爱将”。