寿宫病重，太子杨广和杨素矫诏，命令郭衍、宇文述率东宫之兵宿卫，禁止出入宫禁。文帝驾崩，杨广即位为隋炀帝，汉王杨谅反叛，京师长安兵力空虚，隋炀帝派郭衍急行回京，守备京城。605年，郭衍任左武卫大将军。炀帝幸江都，郭衍统左军，改授光禄大夫。跟随炀帝征伐吐谷浑，出金山道。郭衍能揣上意，阿谀奉承的做法使他取悦于隋炀帝，却遭到了天下人的讥讽。郭衍常劝炀帝五天一视朝，炀帝赞赏他孝顺。大业令颁行，郭衍封爵从例取消。610年，以恩倖，封真定侯。611年，随行江都，于江都病死，追赠左卫大将军。谥襄。