因不满隋炀帝继位，于是起兵造反，当时京城空虚，杨广让郭衍飞速返回都城，领兵防守。
隋炀帝率领近二十万人，沿通济渠南下到江都视察，命令郭衍统领左军，改任光禄大夫。郭衍跟随隋炀帝西征吐谷浑，从金山道出兵，击败吐谷浑军队，招纳降民二万多户。郭衍能揣摸隋炀帝的意图，阿谀奉承，顺从旨意，隋炀帝经常对人说：“只有郭衍，心与我同。”郭衍曾劝隋炀帝自己行乐，五天一上朝，不要像隋文帝那样白白地劳累，隋炀帝听到他的话，越发夸他孝顺。
郭衍再次跟随隋炀帝巡幸江都，在江都病逝，朝廷赠官左卫大将军，赏赐很多器物，谥号襄。