隋末，率乡曲数百人归附李密，李密很高兴,对他说：“昔称汝颍多奇士，故非谬也。”令与李绩守黎阳。后李密落败，李绩令孝恪入唐，封阳翟郡公，拜宋州刺史。令与李绩经营武牢以东，所得州县，委以选补。其后，窦建德率众来援王世充，孝恪于青城宫进策于李世民曰：“世充日踧月迫，力尽计穷，悬首面缚，翘足可待。建德远来助虐，粮运阻绝，此是天丧之时。请固武牢，屯军汜水，随机应变，则易为克殄。”太宗同意了他的计策。击败窦建德，平王世充之后，太宗于洛阳置酒高会诸将曰：“郭孝恪谋擒建德之策，王长先龙门下米之功，皆出诸人之右也。”

　　历迁贝、赵、江、泾四州刺史，所在有能名。入为太府少卿，转左骁卫将军。贞观十六年，累授金紫光禄大夫，行安西都护、西州刺史。其地高昌旧都，士流与流配及镇兵杂处，又限以沙碛，与中国隔绝。孝恪推诚抚御，大获其欢心。初，王师之灭高昌也，制以高昌所虏焉耆生口七百尽还之。焉耆王寻叛归欲谷可汗，朝贡稀至。令孝恪伺其机便，因表请击之。以孝恪为安西道行军总管，率步骑三千出银山道以伐焉耆。孝恪夜袭其城，虏其王龙突骑支。太宗大悦，玺书劳之曰：“卿破焉耆，虏其伪王，功立威行，深副所委。但焉耆绝域，地阻天山，恃远凭深，敢怀叛逆。卿望崇位重，报效情深，远涉沙场，龚行罚罪。取其坚壁，曾不崇朝；再廓游魂，遂无遗寇。纟面思竭力，必大艰辛。超险成功，深足嘉尚。”

　　不久又以孝恪为昆丘道副大总管讨伐龟兹，破其都城。由郭孝恪留守，其余部队分道前进，龟兹国相那利率众遁逃。孝恪以城外未服从的原因，出营于外，有龟兹人来谓孝恪曰：“那利为相，人心素归，今亡在野，必思为变。城中之人，颇有异志，公宜备之。”孝恪不以为虞。那利等果率众万余，阴与城内降胡表里为应。孝恪失于警候，贼将入城鼓噪，孝恪始觉之，乃率部下千余人入城，与贼合战。城中人复应那利，攻孝恪。孝恪力战而入，至其王所居，旋复出，战于城门，中流矢而死，孝恪子待诏亦同死于阵。贼竟退走，将军曹继叔复拔其城。太宗闻之，初责孝恪不加警备，以致颠覆；后又怜之，为其家举哀。唐高宗即位，追赠安西都护、阳翟郡公，待诏赠游击将军，仍赙物三百段。孝恪性奢侈，仆妾器玩，务极鲜华，虽在军中，床帐完具。尝以遗行军大总管阿史那社尔，社尔一无所受。太宗闻之曰：“三将优劣之不同也。郭孝恪今为寇虏所屠，可谓自贻伊咎耳。”次子待封，高宗时，官至左豹韬卫将军。咸亨中，与薛仁贵率兵讨吐蕃，于大非川战败，减死除名。少子待聘，长安中官至宋州刺史。