1938年整编后，新四军逐渐摆脱“皖南事变”的阴霾，开始在江淮地区与日伪作战。新四军以超人的勇气和毅力，建立了大量的敌后根据地，极大地震慑了这一地区的日伪军。正是在这一时期，廖正国从抗日大学毕业，开始在新四军工作。
廖正国是长征时期红四方面军警卫营营长。因为西路军在河西走廊被当地的马家军打败，廖正国带着部下一路打游击，用了两个多月才回到延安。1938年2月，已从国立抗日大学毕业的廖正国被派往新组建的新四军第三支队二营任营长。当时江淮大部分地区被日军占领，新四军不仅要面对日伪军的威胁，还要面对当时敌视新四军的国民党军队。
1939年5月，廖正国部队建立茅山根据地后，奉命向上海郊区推进。廖正国率领部队一路穿过日伪的层层封锁。中途不仅击溃日军600余人，还打垮了想借机进攻新四军的国民党军队。部队到达上海时，二营已从开始的几百人发展到六个连一千三百多人。
在上海附近的全营渡吴淞江时，被日军发现。廖维国带领一排掩护部队渡河。最后，他们过河时，终于找到的船被日军击沉，廖正国只好和战友一起游过河去。当廖振国筋疲力尽地游过吴淞江时，部队与国民党许的狙击手面对面，廖振国怒不可遏。国军的这一帮不但没帮着打鬼子，还帮着鬼子打我们。廖正国立即组织部队进行反击，把许打得抱头鼠窜。
廖正国和许盛蕾部逃跑了，又被日军一路追了下来。直到天黑，部队来到了一个陌生的地方，一大片空的区域，周围都是铁丝网。后来才知道这是虹桥机场。廖正国以为日军高级军官到上海先在虹桥机场降落，就带着部队趁着天黑摸了进去。
廖正国一开始以为会遇到日军的顽强抵抗，结果一个日军没看见，只抓了十几个昏昏欲睡的伪军。廖正国身边的士兵兴奋地告诉他，那里发现了4架日本飞机。因为没有一个士兵见过飞机，所以他们围着飞机吵吵闹闹。就这样，被日军发现了。原来，日军在虹桥机场周围设置了许多碉堡。起初，日军没有发现潜入的2营官兵。只是响声让日军发现了，日军开始从掩体向2营开火。
廖正国一见情况紧急，心想既然带不走东西，就把飞机烧了，于是命令士兵把汽油浇在飞机上，点着了，然后带着部队从容撤退。日军援军赶到时，廖振国的部队早已不见踪影。这场小战役第二天在上海引起轩然大波，各大报纸都在头版报道新四军已到达上海。
后来廖正国被称为独臂将军，但他的手臂并没有在战斗中失去。四方面军黄桥战役后，已是团长的廖正国接到团军需部报告，说缴获了一批新式手榴弹，但不知如何使用。拿到手雷后，廖正国决定打开看看是什么结构。他感到危险，就把其他人赶了出去。不久，他的房间里传来一声巨响。当人们冲进来时，廖正国已经倒在血泊中。
原来在廖正国研究手榴弹的时候，手榴弹的引信是突然触发的，但是因为当时院子里人多，廖正国不敢扔出去。为了保护战友的生命，廖正国不得不把手榴弹举得高高的，结果他的一只胳膊完全被炸飞，不得不摘除。
解放战争时，已经是华东野战军第一师师长的廖正国，一条胳膊去求援，打得国民党军落荒而逃。被野战军首长亲切地称为“廖独”。1950年，廖正国随20军进入朝鲜战争，参加了著名的长津湖战役。战后，他被任命为第20集团军司令。1955年，他被授予少将称号。从此独臂将军的名声实至名归。
