粵軍前身
該軍前身是粵軍第155師、第156師。1926年7 月，粵系第4、第5軍主力參加北伐時，各留一部堅守廣東，由李濟深統一指揮。1928年春，國民黨軍使用路軍編制體制後，將留守在廣東的粵軍改編為國民革命軍第8路軍，李濟深任總指揮。1929年3月，蔣桂戰爭爆發後，李濟深被蔣介石扣留在南京後，第8路軍由陳濟棠任總指揮。陳上任後對第8路軍進行整編，將原來所屬部隊合編為第1、第2、第3軍。1936年6月，陳濟棠與桂系李宗仁、白崇禧聯合發動反蔣的“兩廣事變”時，由於陳濟棠部下余漢謀被蔣收買，倒戈擁蔣，迫使陳濟棠下台出逃，余漢謀篡奪粵系領導權後遵照蔣介石的命令，於1935年將粵系第8路軍第1、第2、第3軍，按國民黨軍統一番號改編為第151至第160師等部。
抗日戰爭
正式成軍
1937年7月，抗日戰爭全面爆發後，國民黨政府對全國軍隊進行改編，以第155師、第156師合編組成第64軍，隸屬第12集團軍。李漢魂任軍長，鄧龍光任副軍長，下轄：第155師，李漢魂兼任師長；第156師，鄧龍光兼任師長。同年10月，鄧龍光被任命為新組建的第83軍軍長，第156師調歸第83軍建制。另將新建的第187師撥歸該軍建制。
豫中會戰
1938年5月，該軍由廣東開赴河南，參加了豫中戰役。
武漢會戰
同年6月，該軍奉命調往武漢，參加了武漢會戰。
廣東會戰
10月，武漢會戰結束，李漢魂升任第8集團軍副總司令兼第29軍團軍團長，帶領所部回師廣東，參加了保衛廣州作戰。12月，李漢魂改任廣東省政府主席，副軍長鄧龍光任軍長。此時，該軍下轄：第155師，陳公俠任師長；第187師，孔可權任師長。1939年1月，該軍改隸第16集團軍時，鄧龍光升任該集團軍副總司令兼軍長，陳公俠任副軍長。同時，將第187師該隸第65軍，另將第83軍第156師撥歸第64軍建制。此時，該軍下轄：第155師，張馳任師長；第156師，王德全任師長。
桂南會戰
同年10月，該軍該隸第35集團軍，先後參加了桂南會戰和1939年廣西冬季攻勢作戰。1940年1月，鄧龍光升任第35集團軍總司令，陳公俠繼任軍長，梁世驥任副軍長。此時，該軍隸屬國民政府國民黨軍事委員會直轄。同年3月，國民黨軍隊調整編制時，該軍第159師調歸第64軍。此時，該軍下轄：第155師，鄧鄂任師長；第156師，王德全任師長；第159師，官煒任師長。此次編制調整後該軍駐防廣西柳州，擔任海防守備任務。1944年6月，陳公俠任第35集團軍參謀長，張馳繼任軍長，王德全、鄧鄂任副軍長。此時，下轄第155師、第156師、第159師編制不變。
桂柳會戰
同年8月，該軍奉命參加了桂柳會戰。1945年3月，該軍第155師被裁減，另將新組建的第131師列入該軍序列，黃炳鈿任師長。同年5月，該軍參加了廣西境內對日軍的追擊作戰。1945年8月，抗日戰爭勝利後，該軍由廣西移防廣東江門地區，隸屬廣州行營。下轄第131師、第156師、第159師編制不變。
收復澳門未果
1945年11月20日，國民黨64軍159師武裝封鎖澳門，斷絕澳門與香山交通、貿易，謀收復澳門。懾於英美干涉，國民政府下令撤銷封鎖，行動宣告失敗。1945年11月20日，一名國民黨少將師長簽署了一份作戰指令，當晚，駐紮拱北、前山的炮兵營將炮口指向南方，呼嘯的炮彈划過澳門上空。多年以來，第一次有中國軍隊向伶仃洋發出了收復故土的怒吼，令國人揚眉吐氣。這支軍隊的指揮官，劉紹武將軍，國民黨64軍159師師長，一員率部和日軍激戰於南京城頭，廝殺於粵北山區的百戰名將。這時，他的一個步兵團和師屬炮兵營已封鎖澳門邊境。面前，只有1000餘葡澳士兵，收復澳門指日可待。然世事難料，直至國民黨敗退內地，159師官兵終未踏上澳門一步。
12月22日，蔣介石指示：“即電何應欽總司令飭知張發奎轉飭所屬勿對澳門封鎖，倘澳門政府有庇護奸匪或敵偽情事，即由外交部嚴厲交涉。”電文大意如下，159師應立即停止封鎖澳門，此後涉及澳門事務交由外交部辦理，廣東少給中央政府添麻煩。蔣介石一聲令下，事已不可挽回。軍令部在12月28日將此指示同時通報廣東政府和外交部。接獲命令後，廣州行營決定撤銷對澳武裝封鎖，159師477團受命返回中山縣駐地。劉紹武的麾下有數千名在抗日戰爭中出生入死的老兵，他們全副武裝，澳門，只有一步之遙。如果他們能跨過邊境，這塊名叫MACAU的土地就能恢復真名姓，重回故土。
第二次國共內戰
整編第六十四師
1946年5月，國民黨軍隊進行整編時，該軍改編為整編第64師，隸屬整編第19軍。軍長張馳改任師長，劉紹武任副師長，陳郁萍任參謀長。原下轄第131師改編為整編第131旅，張顯岐任旅長；原第156師改編為整編第156旅，劉鎮湘任旅長；原第159師改編為整編第159旅，劉紹武任旅長。1946年秋天，該軍接受整編，成為一師3旅的整編師，不過師長倒是換人了，薛岳一系的黃國梁由整65師調任該師師長，劉紹武雖還兼任159旅旅長，但實權旁落，該旅已由專任副旅長韋德執掌，粵軍中央化的進程正穩步進展。
調入華東
1946年冬天，當宿北戰役硝煙未盡時，薛岳把整64師調往華東戰場，131、159兩個旅先由粵漢路運往武漢，然後坐船到南京，再由津浦路到達徐州附近的韓莊，156旅也於47年新年，經海路調往徐州，三個旅在韓莊集結成軍。1947年1月，加入華東戰場整64師轄三旅六團，全軍2萬5千人（缺額2500人），師部直轄山炮營（8門）、特務營、工兵營、輜重營、通信營以及野戰醫院等單位。戰鬥序列是131師（桂系番號原155師）師長張顯岐，391團團長陳桃、393團團長鄭曦，156師師長劉鎮湘，466團團長林亞人，468團團長黃覺，159師師長為副軍長劉紹武兼任，專任副旅長韋德，475團團長李鎮中，477團團長陳慶斌。
剛剛抵達徐州的整64師就因為馬勵武在魯南告急而被派上戰場，也就在該師集結完畢的第三天，整64師接到命令向蘭陵鎮前進，相機加入馬家地的戰鬥。但此時馬勵武部已被殲滅，64師奉命折回韓莊休整待命。
1947年2月，一直作為徐州綏署預備隊的整64師終於上了戰場，他們第一次行動就跟整11師搭檔編成一個縱隊奉命打通津浦線。156旅旅長劉鎮湘稱其為“寶塔”戰術，即以精銳部隊為尖端，其餘部隊成梯次配備。這一次整64師就給11師打下手。兩軍互相掩護，由嶧縣、臨城附近到達滕縣，再由鄒縣侵占曲阜，向西與兗州的吳化文部取得聯繫，由131旅占領泗水。這一路上因為華野北上打李仙洲，整六十四師基本沒有與解放軍交手。直到4月底，159旅才在太平邑與華東地方部隊見了幾面，但戰鬥都不激烈。在占領曲阜、蒙陰地區後，整六十四師負責掩護津浦鐵路，兩師在此地逗留三個月以上。整六十四師在曲阜曬著太陽，日子過得十分逍遙，惟一的煩惱是來自兩廣地區的士兵們吃不慣山東的大餅大蔥。只是他們做夢都沒想到，就當整六十四，整十一師享清福的時候，華野早就惦記這倆多少遍了。華野在五月初就曾打算打新泰的整十一師，但由於五軍和八十五師靠攏上來，華野臨時改變作戰計畫。本應爆發的一場惡戰就這樣與整六十四師擦身而過。
進入華東半年以來，那些小規模交戰無法讓華野判斷出整64師的實力，此時在華野心中，國軍主力卻是整74、整11、7軍、48軍這些中央系、桂系部隊。
南麻戰役
孟良崮戰役後，直接導致陸總對山東國軍進行大調整，為了恢復士氣，陸總在南京中訓班設立軍官訓練班，召集團長以上的軍官約百餘人，以范漢傑任訓練班主任，訓練以精神教育、戰術研究為主。蔣介石親臨講話數次，甚至親自參加戰術研究。這次中訓班滲透著兩個信息，一，對魯中的進攻走馬換將，范漢傑將取代湯恩伯出任一兵團司令；二，國軍準備祭出“釣魚”戰術，以一主力軍為核心，守備重點，吸引共軍圍攻，其他部隊再行包圍以竟全功。到了6月底，國軍戰術進行了調整，以整編十一師為箭頭由新泰東北經張家莊向南麻進攻；以第五軍掩護左側背，由萊蕪到新泰以北；以整編二十五師、整編六十四師、整編九師（屬三兵團）在新泰至蒙陰一線，做梯次配備，掩護右側背，隨整十一師攻擊前進；整七十五師位於新泰縣做總預備隊，此謂“寶塔”戰術。此時第一兵團司令由范漢傑擔任，總兵力六個整編師（軍），一兵團另有整八十五師在大聖井莊。
7月，胡璉的整十一師在南麻被圍，為避免孟良崮戰役的下場重現，蔣介石責令整二十五，整六十四師等部隊全力解圍。其中，整六十四師的劉鎮湘的156旅在於家崮血戰中表現出色，使之為解圍南麻的關鍵之一。此戰整六十四師打得很有特點，首先是士氣旺盛，在於家崮，胡莊，131、156旅採取輪番衝擊的布置，不給對方喘息之機，拚死相搏，毫無怯意；其次步炮協同很好，對於家崮的進攻，156旅集中全旅火炮火力急襲，步兵跟進及時，火力延伸壓制對手預備隊，從而取得很大戰果；富有攻擊精神，敢於夜戰，穿插，為了解圍，採取交替前進，邊打邊鑽的戰術，以最快速度接近南麻。經此一役，這支廣東軍的信心悄然樹立。
臨朐戰役
來自濰縣的李彌的第八軍，為了策應南麻作戰，於7月23日攻陷臨朐。這一行動雖然威脅到華野的退路，但還讓粟裕產生了求戰欲望。此次進軍臨朐的八軍乃中央系美械軍，曾經打過著名的松山戰役。自從抗戰勝利登入青島以來，一直在膠濟線東段駐守。八軍在46年夏秋季節打通膠濟線的戰役中與山東軍區地方部隊交手，並獲得一些戰績，協助濟南方面的部隊打通了膠濟線，但與野戰軍主力鮮有過招。而且一個月前，其獨立旅一個團在寒亭及齊家埠地區被殲；華野估計第八軍剛剛進入臨朐，沒有時間構築如南麻那樣堅固的陣地，實際上在進入臨朐四小時內，八軍每個班均已築成一個地堡。所有因素加起來令華野對八軍戰鬥力判斷存在偏差。
整六十四師在南麻賣了一把力氣，戰役結束正準備休整，但24日又有了新的情況，二十集團軍司令夏楚中將整六十四師劃歸整九師王凌雲統轄，不待休整西進解臨朐之圍。這一戰是整六十四師第一次和整九師搭檔，沒想到兩支部隊卻成了莫逆之交，之後在膠東兩軍互相扶持，倒是打出了一些戰績。此番解圍，整六十四師比較持重，在布置任務時規定必須向每個山頭都排出尖兵搜尋，謹防共軍設伏。8月1日，整六十四師進抵臨朐，除了看到臨朐的斷壁殘垣不免唏噓一番之外，一路上已無戰事，臨朐之戰又以國軍達成戰役目的而告終。
此戰，整九師傷亡僅400餘人，整六十四師更以200餘人的代價獲得了很大戰果。金銀葫蘆頂一戰是整六十四師156旅在整個臨朐解圍行動中打得十分成功的戰例，強攻，夜戰偷襲，迂迴包抄，步炮協同，顯示出相當高超的戰術素養，僅用兩天，不到200人傷亡的代價便突破了重要支撐點。
南麻臨朐戰役，是整六十四師在華東地區真真正正打的第一戰，兩度為中央軍精銳解圍，因為有孟良崮的前車之鑑，整六十四師自師長黃國梁以下所有官兵皆不敢怠慢，在一系列進攻戰鬥中，體現出了狠勁（如攻擊於家崮），有巧仗（攻擊金葫蘆頂），有國軍大部分部隊不擅長的夜戰，顯示出該師較高的戰術素養。而且兩戰下來，以不大的代價均取得戰術勝利，使得該師的信心大增，士氣大漲。
膠東戰役
匯集臨朐附近的華野部隊星散，走的時候不留痕跡，對於整六十四師來說，這個戰亂的夏天終於過去了。他們也迎來了一段難得的休整期，在休整期間，整六十四師發了一筆小財。其時，南京參謀次長劉斐與青島十一綏靖區主任丁治磐討論了兵力部署，丁治磐認為膠東已有8軍，54軍加上整六十四師，再加上兩個軍就夠了。劉斐認為應該再加四個軍。最後形成的方案是增加三個軍，王凌雲的整九師，黃百韜的整二十五師，還有從一綏區調來的整四十五師。膠東會戰點的將依然是范漢傑，丁治磐任副司令兼參謀長。一開始整六十四師的任務不在一線，只是以156旅堅守諸城，主力置於平度高密之間，協同整編四十五師遮斷華野的南北交通。然而整個師被拆得四分五裂。156旅授命9月3日發出占領諸城，9月5日又授命派出131旅393團守濰縣，然後又從這個團分出一個營守濰河大橋。六日師部接到范漢傑命令，黃國梁率領159旅，131旅（缺一個團）趕往平度布防。
9月7日一早，劉鎮湘率領著156旅從岞山向諸城開進，頗有點上刑場的味道。11日正午，131旅張其中到達諸城，整二十三軍李榮良部也在這天下午2時抵達諸城。而黃國梁在第二天也率部抵達。各部匯合自然要開個會總結一下戰事，黃國梁率領隨行人員巡視了諸城工事，回到156旅旅部召集旅團長以上幹部開作戰檢討會。黃國樑上來就表揚156旅官兵奮勇犧牲，將士用命，方才得以戰勝匪軍云云。坐在一旁的劉鎮湘臉色越來越難看，沒等黃國梁說完，就突然跳起來發飆，“這都是你指揮無能，所以才使部隊遭受這樣的損失，主帥無能，累死三軍。”說完甩袖而去，留下面色尷尬的黃國梁還有一眾將校。其實這已經不算什麼，在此前該旅陣亡官兵追悼會上，劉鎮湘罵得更狠，在他嘴裡黃國梁是“糊塗昏聵，指揮無能的烏龜王八蛋。”諸城一戰，是156旅參加華東戰場最危險的戰鬥，一個旅抵擋東兵團南指2個縱隊又1個師另1個團，共7個師1個團的圍攻（其中2個師1個團打援）。在缺乏城牆依託的陣地上與共軍大戰一晝兩夜，險遭滅頂之災，但各級官兵經驗豐富，雖打得慘烈，但傷亡卻不多，全旅只傷亡700餘人。
10月2日，整六十四師進至范家集，2、9縱隨即出擊打一個立足未穩。可是從3日打到4日始終沒有進展，阻擊部隊也抽不開身支援。於是我軍改打三戶山高地，5日占領，局勢十分有利。6日我軍發動了志在必得的攻擊，25、26師傾巢出動，結果又遇到了南麻一樣的子母堡問題，華野四個突進團全被打散，黃國梁雖然頂了幾天也受不了了，范漢傑於是集中主力支援，我軍無奈撤退。此戰聶鳳智受到了各方面的壓力，多把失利按在他“指揮不當”上。此戰華野損失13000人以上。
整編第二軍
1947年10月21日，蔣介石在青島舉行的膠東會戰檢討會上盛讚整六十四師“三點信心”，並且以此戰功績用整六十四師為骨幹組建整二軍，師長黃國梁調升整2軍軍長，156旅旅長悍將劉鎮湘正式成為整六十四師師長。劉鎮湘上任後，在軍內提出“范家集精神”，即堅持最後五分鐘爭取勝利的精神。廣東子弟兵經過血戰的磨練，無論技戰術水平還是信心都得到極大提高。在此期間整六十四師經歷了內戰中最大的整編，131旅改為後調旅，麾下391、393兩團分別改編為156旅466團，159旅476團。旅長張其中率部分人員回粵，他可能萬萬沒想到，這一走就是與老六十四師的永別，一年之後張成為六十四師最後一任軍長，此乃後話。
三軍效命未必能扭轉乾坤，經過兩年鏖戰，國軍堪戰之兵不過爾爾，為了應付大別山腹心之患。蔣介石只能拆東牆補西牆，在膠東尚未竟全功之時，調出整二十五師，整九師轉戰大別山。膠東會戰五大金剛去其二，膠東國軍頓時沒了戲唱。其實共軍還不願意讓膠東的兵力調走，增加其他戰區壓力，11月10日中央軍委電令華東局又轉許世友、譚震林，命其想辦法阻止九師、六十四師加入隴海線。於是便有了11月中下旬對膠高線整九師的圍追堵截，在這場戰役中，又是整六十四師全師來援，接應整九師且戰且走，留159旅476團扼守高密，餘部接應整九師退至城陽，後改海運上海再轉赴中原。整六十四師對於上峰勒令留一個團於高密守備十分不滿，經多次力爭不果，結果只能眼睜睜看著陳杰所率476團在高密被老對手華野二縱三個師圍攻，從11月20日至27日支撐了一周，最終被殲滅。這也是整六十四師調入華東後，惟一丟失的一個整團。加上這年年底水溝頭的死戰，整六十四師已經削弱到了相當程度，全軍只有19033人，比剛調入華東時少了6000人，步槍6705支，輕機槍331挺，重機槍61挺，手提機槍77挺，手槍374支，中口徑迫擊炮46門，60迫擊炮1門，戰防炮9門，步兵炮6門，山炮5門，戰防槍4支，槍擲彈筒316支，信號槍23支，火箭筒9支。在整九師，整二十五師調離山東之後，整六十四師儼然成為了華東戰場國軍頭號主力，從48年開始，整六十四師依然左衝右突，與共軍奮戰不已。3月古硯戰鬥，4月葛各莊戰鬥，六十四師所部都頂住山東兵團優勢兵力的圍攻，雖有損失然筋骨未動。
沭陽戰役
此時，國軍方面已經聞到了大戰的味道，對於共軍動向密切關注。八月底，徐州剿總發出秋季作戰指導，命七兵團進逼宿北，分南北縱隊壓迫共軍至新安鎮以東聚而殲之。按原計畫行動於9月6日開始，但蘇北兵團北上的情報已被國軍偵悉，黃百韜遂命六十四師、六十三師提前行動向宿遷境內沭陽縣出擊。此戰共軍僅陣亡就有5、600人，由此推斷共軍兩個縱隊加上地方團隊在此戰中傷亡2000人以上。整個沭陽戰役包括三個戰鬥在內六十四師總共傷亡700餘人。
附給六十三師的40旅前鋒在南房山附近芝麻坊、小劉坊一帶抓住二縱的後衛打了一場小仗，雙方戰史對此形容不一，二縱征戰紀實說是六師17團與六十三師及40旅交戰，七兵團戰役報告稱是40旅118團與六師18團接火，可能二縱各部在北進過程中都與國軍發生了小規模交戰，但無論如何，戰鬥結果國軍俘虜了20名共軍，2門82迫和1挺輕機槍。但這已經無濟於事，只是起到送行的作用。二縱已於12日穿越隴海線，到達山東郯城。對於後面這段，六十四師上下十分氣惱，認為是友軍也就是六十三師動作遲緩沒有能堵截住北逃的共軍，以至於沭陽之戰未竟全功。
吃過不少虧的國軍選擇兵力密集，正面強攻的戰法無可厚非，但問題是7日國軍已經偵知共軍在桑墟有部隊，為何黃百韜沒有明確指示六十三師派出搜尋隊，直到9月8日才命其在第二天向北警戒，而明確命令派出搜尋部隊是在9日夜，兩天時間就這么白白浪費掉了。這場沭陽戰役還有一個相當搞笑的結尾，11日，沭陽陷落，蘇北兵團二縱、十二縱北撤，十一縱隊逃向漣水之時，粟裕於晚間19時向中央軍委並華東局發電：以打援集團之一個兵團（蘇北兵團）向徐州東南郊攻殲外圍，以配合江淮、豫皖蘇部隊及一、八縱隊徐海、徐蚌及商蘭段破擊，造成攻擊徐州之勢，以吸引敵人注意力於徐州，爾後適時發起對濟南之真面目攻擊。
碾莊戰役
同年，整編第六十四軍恢復軍級番號，第六十四軍。碾莊戰役中，劉鎮湘提出就地堅守，黃百韜有些猶豫不定，就打電話向“剿總”司令劉峙請示，而劉峙讓他自己決定。六十四軍是黃百韜的主力，且在這次西撤中基本沒受損失。對他的意見，黃百韜考慮再三，最後同意了就地堅守的方案。
在碾莊戰役中，六十四軍作為第七兵團主力，一直抵抗到最後。21日黃昏，9縱開始攻擊大院上，先集中全部大炮猛轟，甚至將兩天前剛在碾莊圩繳獲的大炮都用上了，經一夜激戰於次日上午十時，攻占大院上。黃百韜和64軍軍長劉鎮湘在大院上被攻占前逃往小費莊，繼續指揮餘部抵抗。11月22日，4縱、8縱、9縱合兵一處圍攻小費莊，黃百韜率部拚死頑抗，到黃昏時分，他見大勢已去，就讓64軍軍長劉鎮湘指揮殘部向西北突圍，但部隊剛一衝出村子就遭到解放軍迎頭痛擊，很快被全殲，中將軍長劉鎮湘、少將副軍長韋德、軍參謀長黃覺被俘。這樣，六十四軍基本香消玉殞。
第一次重建
在淮海戰役後期，國民黨軍又以第7兵團殘部和原山東保全第1旅殘部等重組第64軍，李藎萱任軍長，項金烘任參謀長。但是該軍基本是個空番號，該軍尚未組建完畢，就被人民解放軍全殲，軍長李藎萱和參謀長項金烘等被俘。
第二次重建
1949年1月，國民黨為加強廣東地區的防禦力量，以廣東編練新兵第131旅為基礎，再次重組第64軍，隸屬第4編練司令部。容有略任軍長，張其中任副軍長，下轄第131師，張其中兼任任師長。另以編練的新兵重新組成第156師（師長張志岳）、第159師（師長倪鼎垣）。該軍此次重建後，在海南島西部地區擔任防禦任務。此後容有略被薛岳提拔為海南防衛軍第3路司令官，64軍軍長一職由對重建64軍出力頗多的副軍長兼131師師長張其中來接任，1950年4月，該軍第156師在海南島戰役中被人民解放軍殲滅，其餘登船撤逃台灣。
