1998年郭伟阳入选省体操队，2001年2月进入国家体操队，练习项目主攻单杠、双杠。
2003年10月，郭伟阳在第五届城市运动会获双杠冠军，单杠、个人全能季军;11月24日，参加在广州进行的亚洲体操锦标赛少年组男子鞍马比赛中，郭伟阳与韩国选手李凤熙并列获得冠军。
2006年4月9日，郭伟阳代表云南队参加西南体操协作赛，取得男子吊环冠军;9月，获得全国体操冠军总决赛男子个人全能第三、双杠亚军;
2007年5月26日，在墨尔本沃达丰竞技场举行的澳体操对抗赛男子团体赛，郭伟阳搭档吕博、杜伟、童英杰、王冠寅、王恒以11.25分的较大优势战胜了澳大利亚男队;8月11日，郭伟阳在第24届世界大学生运动会体操男子个人全能决赛中以90.85分的成绩、1.6分之差不敌世锦赛亚军日本老将水鸟寿司获得亚军;8月12日，在曼谷大运会体操男子双杠比赛中，郭伟阳以15.925的成绩夺得冠军;10月21日，在贵州省贵阳市进行的2007年全国体操冠军赛单杠决赛中，郭伟阳与黄涛以14.925分的相同成绩并列冠军。
2008年3月6日，郭伟阳在2008年体操世界杯多哈站比赛中，击败日本名将富田洋之夺得男子单杠冠军，比赛中郭伟阳成套动作连接流畅，没有出现任何失误，最终获得15.950分;10月20日，在青岛举行的全国体操冠军赛中郭伟阳一人夺得两金一银一铜，个人全项冠军、鞍马冠军、单杠亚军;同年年底因为郭伟阳参加的世界杯几站未列入积分范围，因此尽管之前的全国体操锦标赛上表现出色，也未进入国际体联体操世界杯总决赛的参赛队员名单。
2009年5月17日，在济南奥体中心体育馆举行的全国体操锦标赛中郭伟阳夺得男子单杠的冠军，比赛中整套动作难度系数高、落地稳，获得15.425分的高分;同时在比赛中获得个人全能亚军、双杠季军;8月底，正在全力备战的郭伟阳把右手手关节扭伤了，肌肉韧带70%断裂;紧接着9月14日举行的全运会资格赛单杠比赛中的发挥完美，杠上流畅的动作连接，以及稳定的落地，使他得到了15.525的高分，并以第一名的身份闯进决赛，并最终在比赛中获得了单杠第二。
2010年8月28日，全国体操锦标赛男子个人全能比赛中，郭伟阳以预赛成绩90.950分排名第二进入决赛并最终获得冠军;9月13日，在2010年体操世界杯比利时根特站比赛中，郭伟阳勇夺三冠，分别是以15.100分成绩获得男子鞍马冠军、以15.600的成绩获得男子双杠冠军和以15.425分获得男子单杠冠军;9月30日，国际体联公布替补入选中国体操队荷兰鹿特丹体操世锦赛阵容。
2011年5月10日，2011年全国体操锦标赛暨世锦赛选拔赛男子全能比赛中，郭伟阳尽管在个别项目上出现了失误，但仍然凭借稳定的发挥以89.25分的成绩与北京队的滕海滨并列第一，成功蝉联该项比赛冠军;2012年5月10日全国体操锦标赛暨奥运选拔赛凭借稳定的发挥以89.80分实现全国体操锦标赛男子个人全能项目的三连冠;7月25日，因滕海滨无法及时恢复伤势，因作为替补队员而只是在北爱尔兰训练的郭伟阳临时被告知顶替滕海滨入选奥运阵容，7月28日的奥运会体操男子资格赛中，第一组出场的中国队表现并不理想，郭伟阳在三个项目上出现重大失误，其中双杠上下法失败，自由操结束时跪在地上，鞍马也坐在了器械上;7月31日，伦敦奥运会体操项目比赛在英国伦敦北格林威治体育馆展开体操第三个比赛日的较量。在体操男子团体决赛中，中国队发挥几近完美，在所有六个项目的比赛中没有出现一次失误，以总分275.997分夺得冠军，在成功卫冕的同时，为中国军团拿下了第九枚金牌。
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