Under krigen
Så kom krigen.
Forsikringsinspektør Philip Hansteen var reserveoffiser og ville ha med seg Gunnar Sønsteby opp i Nordmarka for å slåss. 11. april tok han toget til Mylla, der de om kvelden var til sammen 12-15 mann. Neste dag ble Gunnar plassert i 4. tropp i Hansteens skiløperkompani. Allerede 17. april, ved Bjørgeseter, møtte han krigens sanne ansikt. Hansteen ble skutt og drept. 2. mai var første fase av Gunnars krig over. Den endte på Ullevål sykehus med alvorlig lunge- og bihulebetennelse.
Det tok ikke lang tid før han kom inn i motstandskretsen rundt Knut Møyen. Gjennom Max Manus, som bodde i samme bygård, ble han trukket inn i arbeidet med den illegale avisen «Vi vil oss et land». Snart reiste han som kurer for Milorg fram og tilbake til Sverige, før han så ble agent «Nr. 24» for Special Operations Executive, med eget SOE-kontor i Oslo. Naturlig nok ble mye av aktiviteten konsentrert om etterretning, men han hadde samtidig nær kontakt til Milorg gjennom Møyen og senere hans etterfølger Jens Chr. Hauge. Snart hadde han bygget opp et nettverk av dekkleiligheter og hadde kontakter til de fleste motstandsmiljøer. Han ble kjent som mannen som kunne fikse alt.
Gunnar opererte med stadig nye dekknavn, fikk laget egne legitimasjonskort, pass, politiskilt, tjenestebevis, kjøretillatelser og grenseboerbevis. Høsten 1942 stod han bak utsmuglingen av stanser for opptrykk av pengesedler fra Norges Bank. Via Stockholm ble de brakt til regjeringen Nygaardsvold i London.
«Oslogjengen»
Etter så vidt å ha unngått arrestasjon i 1943 reiste han via Stockholm til Storbritannia der han ble tatt inn i spesialkompaniet Noric I, senere kjent som Kompani Linge. Høsten 1943 kom han tilbake til Oslo og fortsatte sitt illegale arbeid, også som kontaktmann for øvrige norske Linge-agenter på Østlandet. Fra våren 1944 gjennomførte han en serie sabotasjeaksjoner som leder for «Oslogjengen», motstandsledelsens aksjonsgruppe
De første målene var bygninger og hullkortmaskiner som ble brukt ved innkalling av norsk ungdom til Arbeidsmobiliseringen, som man fryktet var en fordekt plan for utskriving av norsk ungdom til østfronten. I den forbindelse ledet han også det såkalte kortkuppet, da en lastebil med rasjoneringskort ble tatt på åpen gate i Oslo og brukt i forhandlinger med Quisling-regjeringen. I krigens siste måneder ble krigsviktig industri, jernbane, lokomotiv, flymotorer, olje og bensin angrepsmål, og Gunnar ledet selv flere av disse, blant annet sprengningen av Kongsberg våpenfabrikk og NSBs sentralbanestasjon i Oslo. Etter en ny tur til London i november 1944, fikk han ansvaret for å gjennomføre likvidasjoner av utpekte personer, som hirdsjef og politigeneral Karl A. Marthinsen.