湘升任军官训练总队上校大队长，并上书蒋介石，提出建军改进方案，得到蒋介石赏识。1938年3月，廖耀湘因属全军唯一一个具备留学外国机械化专业学历的军官，被提升为装甲兵团扩充成为的摩托化部队第200师少将参谋长。当年9月，200师在湖南湘乡扩充为国民革命军新十一军，旋改为第五军（军长杜聿明），廖任该军所辖新22师副师长兼军干训班主任，因师长邱清泉未到职，廖耀湘代理师长之职。1939年9月，第5军自广西全州驻地出发参加桂南会战。廖耀湘配合邱清泉指挥新22师，参加了对昆仑关的争夺战。之后，随第5军进入云南滇