1925年3月18日晋升陆军大佐，1928年8月10日作为第三师团参谋长参加了侵略华夏山东的作战。

1930年8月1日晋升陆军少将，任驻国联的日军陆空军代表。

1932年回国任军事调查委员会会长。

1933年8月1日任近卫师团第2旅团长（师团长为后来的南京大屠杀主犯朝香宫鸠彦王中将）。

1934年8月1日担任东京湾要塞司令官的闲职。

1935年6月5日任第9师团留守师团长，12月2日任第6师团长。

七七事变之后，谷寿夫担任日本第6师团中将师团长，率部参加进攻华北的战斗，在华北就开始纵容属下屠杀平民百姓。

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10月后调入华中战线，在柳川平助中将的第十军编成内参加金山卫登陆，接着不顾后勤的缺乏，长途奔袭南京，屡战屡胜，被日本人认为是个优秀的高级指挥官。

1937年12月南京陷落前松井石根大将突然生病，由朝香宫鸠彦王接替出任攻城总指挥；谷寿夫认为这是自己“建功立业”的机会来了，祭起了“打下南京放假一星期”这个曾国藩当年起家的法宝，12月13日，第6师团攻破德械第88师防守的中华门，率先攻入南京市区。

进城之后，谷寿夫指使和纵容属下官兵对无辜百姓狂掷手榴弹，用机枪扫射，自己也亲自用军刀杀人，其中他本人强奸中国妇女达十余人。

第6师团的随军摄影记者河野公辉曾在该师团司令部看到一份上级传达的命令∶“不容许共产主义的暴虐，为粉碎共匪的猖獗活动，农民、工人自不待言，直至妇女儿童皆应杀戮之。”

后来，谷寿夫还邀请一些参加过甲午战争、日俄战争、一战的日本老兵来参观，结果那些日本老头个个破口大骂谷寿夫“坏了皇军威名”。

直到同年12月22日，第6师团奉命回到安徽南部进行“清剿作战”，该师团在南京的暴行才得以停止。

据统计，被谷寿夫及其师团官兵杀害的华夏平民和战俘至少达5万人，他的第6六师团在南京大屠杀中残杀华夏人民的数量，仅次于中岛今朝吾的第16师团。

其后，日本大本营为避免受到世界舆论的谴责，于同年12月27日调任谷寿夫本土防卫军担任任中部军司令官的闲职，把第6师团的师团长换成了现在的稻叶四郎中将。

历史上，1947年2月16日下午，南京审判战犯军事法庭对谷寿夫进行的第二次审判。

当审判长宣布开庭之后，问被告对公诉书中所列举的犯罪事实有何申诉。

谷寿夫故作镇静，为他的犯罪事实厚颜无耻地进行狡辩：“当日军攻克上海，南京处于战争状态之时，你们中国政府为什么不早作撤退准备，在双方交战炮火纷飞的情况下，有些非战斗人员不幸为流弹所中，这也是战争中不可避免的现象，本人对此感到抱歉。”

面对着证人席上陈放的从“南京万人坑”里掘出的穿有洞孔或划有伤痕的头骨，他抵赖说：“你们凭啥说这是日本士兵的刀枪穿刺的呢？”

面对着许多出席作证的被日军屠杀幸存者和被害家属的血泪控诉，他恶狠狠地说：“你们在堂堂国际法庭上，不要带上民族感情来对我审讯，这是不符合法律原则的，是不公道的。”

最后还强辩说：“军人以服从为天职，我是奉命来华作战，执行任务的，战争责任不在我谷寿夫身上。”

也就是谷寿夫回国回的早，当时的独立军实力又过于弱小，甚至还没有公开打出抗战的旗号，要不然，以凌寒的为人，绝对不会放任这老家伙安然回到日本本土的。