兵役終了後の7月に来日し、初登板となった8月30日の対大洋戦では151km/hの速球を投げるなど、途中でふくらはぎが痙攣しながらも先発で勝利を挙げている。同年はこの1勝のみに終わったものの、投球には自信を持てたという。一方で言葉が通じないためストレスがたまり、特に台湾よりはるかに複雑なサインプレーの説明を聞き取れず、マウンドでも打者に集中できずノイローゼになりかけた。日本の食事も口に合わず（中華料理は日本人好みの味付けになっていて食欲を刺激しなかった）、当初は生野菜と揚げ物、焼肉ぐらいしか食べられなかった。郭によると、時には合宿所の厨房を借り受けて自ら炒飯を作ったりもしたという。その後数年間かけて、日本食を全て克服した。1982年は開幕から先発ローテーションに入り6月までに5勝を挙げるなど津田恒実と新人王を争う活躍を見せ、初のオールスターゲームにも出場した。同年は都裕次郎に次ぐ先発の柱として9勝を挙げ、チームのリーグ優勝に貢献した。9月15日の対巨人戦では、初回ランナー1,2塁の場面で篠塚和典の犠打を悪送球。左翼手大島康徳の拙守もあり、打者篠塚が生還するという珍プレーに繋がった。(記録は犠打と3失策)日本シリーズではリリーフとして第1戦で初登板を果たしたが、大田卓司にソロ本塁打を打たれている。同年初夏に後の夫人と知り合い、精神的に支えられたという。1984年からは左打者対策にシンカーを投げるようになり、同年はシーズン終盤まで遠藤一彦や鈴木孝政と最多勝利のタイトルを争い、13勝を挙げている。1985年は先発、抑えとしてリーグ最多の230回1/3を投げた点が評価され、1,000万円増の年俸4,000万円（推定）で契約を更改している。1986年は開幕投手を任され、4年連続の2ケタ勝利となる11勝を挙げた。契約更改では300万円増の年俸4,300万円（推定）となった。1987年、抑え投手の牛島和彦が落合博満との世紀のトレードで前年オフに移籍したというチーム事情があり、新監督の星野仙一は郭をストッパーに指名した。評論家からは精神面での不安を指摘されたが、先発投手が完投したり大差でリードしているケースを除いて勝ちゲームの締めくくりを必ず任せる星野の信頼に応え、最優秀救援投手を獲得する活躍を見せた。また、防御率1.56、被打率.190と投球内容も安定していた。オフには1,800万円増の年俸6,000万円（推定）で契約を更改している。なお、同年獲得したファイアマン賞の賞金100万円は中継ぎの宮下昌己にプレゼントした。1988年1月16日に結婚式を挙げた。シーズンに入ると4月11日の対ヤクルト戦でテリー・ハーパーに決勝本塁打を打たれるなど、微妙なコントロールのズレに苦しんで5月までに4敗している。しかし投げ込みなどを重ねて不振を脱し、6月には1勝8セーブ、防御率0.00の活躍で初の月間MVPを獲得している。一方、7月21日に弟が交通事故にあい、オールスターゲーム第2、3戦の出場を辞退して見舞ったが同28日に亡くなっている。後半戦の開幕戦となった翌日、完投ペースの小松辰雄を替えてあえて登板させた星野から「弟が見ているぞ」と声をかけられて奮起し、涙を流しながら後続をパーフェクトに抑え、翌日以降もリリーフエースとしてチームを支えた。リーグ優勝のかかった10月7日の対ヤクルト戦では最後に秦真司から三振を奪い、胴上げ投手となった。同年は7勝37セーブの44セーブポイントを挙げ、石本貴昭と山本和行の従来のシーズン記録・40SPを更新した。西武ライオンズとの日本シリーズでは第2戦で同点の7回表から登板し、走者を出さずに3イニングを抑えて勝利投手となった。第5戦では直前に登板した小松が不調で予定を早めて7回から登板したが、9回に石毛宏典に同点ソロ本塁打を打たれ、延長11回に決勝点を奪われて敗戦投手となっている。このシリーズでは優秀選手に選ばれた。オフには240票中227票の1位票を集め、MVPに選出されている。11月15日には中華民国棒球協会の招待で中日が台湾に遠征し、これに合わせて自身の半生を描いた映画・『郭源治物語』が同地で公開されている。2日間で2試合を台湾代表と行ない、郭は第1試合は中日側、第2試合では台湾側で出場している。記者会見には地元のマスコミ100人以上が集まり、外交部による歓迎パーティーも開かれるなど高い関心を持たれた。契約更改では年俸9,300万円+タイトル料1,000万円（推定）となっている。1989年はキャンプ中に上半身と下半身のバランスが崩れ、シーズンに入ると左太ももを痛めて、4月28日の対巨人戦ではマウンドで投球練習をした直後に打者に投げず降板するという珍しい事態になっている。6月に復帰後、7月7日から8月11日にかけ、当時のセ・リーグ記録となる12試合連続セーブポイントを達成した。前年12月に法務局に申請していた日本への帰化が9月5日に認められ、「郭」と発音の同じ「佳久」に改姓した（登録名は郭源治のまま）。契約更改では初のダウンとなる300万円減の年俸9,000万円（推定）となっている。1990年は左腹斜筋挫傷のため4月11日に一軍登録を抹消された。さらに二軍で調整中に左太ももを痛め、一軍復帰は6月8日になっている。与田剛がストッパーとして活躍した事もあり、復帰後は先発に再転向する。1991年は開幕から本格的に先発に転向予定だったが前年ストッパーだった与田が離脱した関係で5月までリリーフを務めていたが、新人の森田幸一がストッパーになり先発に復帰。6月に2完封を含む5勝0敗、防御率1.58の成績で2度目の月間MVPを受賞した。その後も先発を続け、13勝を挙げ、2,400万円増の年俸1億円（推定）で契約を更改している。1992年は6年ぶりに開幕投手を務めたが、開幕戦でふくらはぎに痙攣を起こして4回で途中降板した。その後も右前腕部を2度痛め、7月初めには左太もも痛など3度の登録抹消があり、初勝利を挙げたのは7月29日となった。同年は4勝に終わり、1,500万円減の年俸8,500万円（推定）で契約を更改している。1993年4月27日の対阪神戦では8回まで無安打で、9回無死で久慈照嘉に安打を打たれてノーヒットノーランを逃すも、7連続を含む13奪三振で1安打完封勝利を挙げた。同年はシーズン後半から抑えに回って17セーブを挙げ、オフの更改では3,000万円増の年俸1億2,000万円（推定）となっている。1994年は5月21日の対阪神戦でスッポ抜けた投球がロブ・ディアーの側頭部に当たり、同年制定された危険球のルール適用第1号となり退場している。9月21日の対阪神戦でNPB史上5人目となる100勝100セーブを達成した。10.8決戦では救援での起用が予想されていたが、登板はなかった（1994年当時の中日監督の高木の説明。）。最優秀防御率のタイトルも獲得し契約交渉は越年となったが、阪神・淡路大震災に衝撃を受けて1995年1月17日に球団の提示していた年俸1億3,000万円（推定）でサインし、被災者に500万円を寄付している。1995年は5勝に終わり、5,200万円減の年俸7,800万円（推定、出来高付き）で契約を更改した。1996年、良い状態のピッチングをできるうちに台湾でプレーして台湾球界に貢献したいと考え、同年をもって中日を退団した。現役16年間の活躍をたたえ、セ・リーグから会長特別賞が送られている。11月22日に中華職業棒球聯盟の統一ライオンズと入団契約を結び、年俸は日本時代の3分の1以下となっている。1997年3月18日のナゴヤドームのこけら落しでもあるオープン戦（オリックス・ブルーウェーブ戦）が引退試合に選ばれ、先発してイチローを右飛に打ち取った。