抗日战争时期，1937年8月，任八路军一一五师独立团一营四连政治指导员，参加平型关战役和冯家沟战斗。1937年11月，任晋察冀一分区一团一营政治教导员，率部到冀东高阳、河间一带发动群众创建抗日根据地，扩军200余人。1938年9月，任一分区三团二营政治教导员，率部参加攻打阜平的战斗，战斗中腿部负伤住院治疗，伤好后回原单位工作，1939年春改任营长。同年11月，日本侵略军独立混成第二旅团、一一○师团分五路合击“扫荡”一分区机关所在地易县管头。郭延林率部参加了雁宿岩、黄土岭反“扫荡”战斗。1940年8月，为打破日本侵略军的“囚笼政策”，第一分区部队参加八路军总部组织的百团大战。百团大战第一阶段，郭延林率部担负石太线井陉段破袭铁路的任务。百团大战第二阶段，率部攻打东团堡的战斗，全歼据点日军300余人，缴获一批军需物资，受到分区司令员杨成武的表扬。1940年10月，到满城以西地区护运粮食，圆满完成任务。1940年12月，入晋察冀抗大二分校学习，1942年12月毕业。1943年初转入延安中央党校二部学习，参加了整风运动。1945年4月，任延安炮兵学校工兵科教员兼政治协理员。　　

    解放战争时期，1946年3月，任东北民主联军护路军三团政治委员，担负恢复铁路交通运输及护路任务。1948年1月，任东北民主联军南满护路军副政治委员。为适应战争需要，经东北局决定中央军委批准，1948年7月5日，以护路军为基础，组建东北人民解放军铁道纵队。郭延林任铁道纵队第四支队政治委员。1948年9月12日，东北野战军发起辽沈战役，铁道纵队担负战区被破坏铁路的抢修，保障战役中军事运输。郭延林率部从梅河口沿沈（阳）吉（林）线抢修清源至抚顺间的铁路，支援野战军解放沈阳的战斗。辽沈战役结束后，东北野战军入关进行平津战役。第四支队于12月初入关，抢修北宁铁路（北京至沈阳）关内段。抢修的重点工程是滦河大桥。平津前线总前委令铁道纵队最短时间修复滦河大桥，保证1949年1月底北宁铁路全线通车直达丰合。滦河新桥全长677米，22孔，被破坏严重，短期难于修复，于是改修已作公路的铁路旧桥，该桥全长670米，17孔，3号桥墩被炸毁，两孔钢梁落地，其他钢梁16处受损。在时间紧任务重的情况下，郭延林和支队长龙桂林，深入发动群众，出主意想办法，经过19个昼夜奋战，于1月23日修复通车，火车直达天津、丰台，有力支援平津战役的胜利。　　

    平津战役后，为支援渡江作战，铁道纵队奉命抢修津浦铁路北段（天津至浦口），郭延林和支队长率第四支队抢修陈官屯至沦县间60公里路段，边收集材料边抢修，仅用15天即修复通车。1949年5月16日，铁道纵队扩编为铁道兵团。第四支队又担负德州至桑梓店间的铁路补修和89座桥梁及涵渠的复旧工程。之后，又率部承担平汉铁路北段石家庄至安阳段228公里铁路抢修任务。这段铁路已遭彻底破坏，大中桥24座，大小钢梁136孔，都被炸落埋于河床中，85%的钢梁毁坏不能使用，95%的墩台被毁，全段23个车站，除石家庄、邯郸、安阳尚属完好外，其余均遭彻底破坏。上级要求12月底修复通车，时间紧迫。郭延林和支队其他领导周密部署，深入抢修第一线指挥，在8万当地民工配合下，于9月20日开工，12月12日提前19天修复通车，郭延林荣记大功一次。　　

    中华人民共和国成立后，1950年开始，全国转入战后经济恢复时期，战时应急修复的铁路设施，要进行永久性修复。郭延林率第四支队抢修通京汉铁路石安段后，即着手对该段桥梁作永久性复旧，于7月17日全部完成桥梁工程。1950年8月，铁道兵团部队进行整编，第四支队撤编，郭延林调铁道兵第一师任政治委员。第一师担负陇海铁路部分线路改建、通信及给水设施等工程任务。　　

    朝鲜战争爆发后，第一师于1950年10月9日奉命停止陇海路工程，执行抗美援朝任务。郭延林和师长刘克于10月12日率部出发，10月18日到达边境辑安（集安下同）地区待命。第一次战役刚结束，11月6日，郭延林与师长刘克率部从辑安首先入朝，指挥部队前进抢修满浦至熙川铁路，在鸭绿江上修建了一座铁路便桥，修通灌（水）上（河口）支线与朝鲜平北线接轨通车，取得首战胜利。第二次战役结束，志愿军向南疾进，铁路运输急需南伸，抢修部队抵达顺川后，指挥部队以东路抢修为主分两路前进。东路延平元线东段直奔新成川，继而向阳德、京原、元山前进，目标指向汉城；西路沿平元线西段南下，向平壤前进，过平壤后，转平德线南段，折向三登、新成川，与东路抢修部队会合。郭延林指挥部队路断修路、桥断修桥，奋勇前进抢修，于1951年2月下旬，抢修通过铁原，抵达涟川以南靠近“三八线”前沿的72公里桥。前进抢修任务完成后，铁道兵团部队陆续入朝，第一师转入执行分段保障任务，巩固已修通的铁路运输线。　　

    1951年7月，北朝鲜境内连降暴雨，出现了数十年未遇的特大洪水，第一师管区内满浦线的东清川江的铁路便桥全部冲毁，只能修复正桥通车。当时，桥北阻塞92车军用物资不能前运，修复该桥3号墩，是抢通大桥的关键。郭延林与师长刘克，深入现场，发动群众出主意想办法，最后在杨连第倡议下，建成汽油桶浮桥修复了3号墩，恢复了正桥的通车。洪汛期后，侵朝美军派出大批航空兵对铁路实施“绞杀战”。第一师管区内满浦线价川至顺川间三角地区的29公里地段，成为美军飞机“绞杀战”中啃住不放的重点，铁路被炸得坑连坑、坑套坑，有些地段路基被夷为平地。郭延林深入第一线，号召部队开动脑筋想办法，战胜困难，官兵们创造了用小排架抢修弹坑的方法，工效大大提高，保证了运输的畅通。1953年1月，在防止美军在朝鲜侧后登陆的紧急战备中，郭延林指挥部队完成了上级下达的任务。1953年7月27日朝鲜停战后，从8月份起，指挥部队对管区内的铁路、桥梁进行永久性的复旧工程，帮助朝鲜人民重建家园。1953年11月11日，率部从朝鲜回国。