1963年5月2日，败退台湾的蒋介石提出“开战指导”，并亲自指示参谋人员研拟如何炮击大陆3到4天后，诱发大陆进行炮战，台湾方面再向世界宣布大陆挑衅，作为台湾行动借口，接着是空军反制作战，数日后展开登陆战。但蒋介石的指示于5月30日被台军方参谋人员推翻，而被人评为“乾纲独断”的蒋介石，却采纳了参谋的意见。

早在1960年，台湾军方即成立“国光作业室”，由台军朱元琮中将担任主任，正式展开拟定反攻大陆的作战计划。而在此之前，台军方虽也曾进行规模较小的“凯旋计划”、“中兴计划”，都不如“国光计划”具体与范围广泛。为了掩护“国光计划”，台军方另外在台北县新店碧潭成立“巨光计划室”研拟与美军进行联盟反攻作战，藉以向美方隐瞒台湾准备进攻大陆的军事意图。

“国光作业室”下辖“陆光（陆军）”、“光明（海军）”、“擎天（空军）”三个工作室。陆光下辖光华(登陆作战)、成功(华南战区)两工作室。光明下辖启明(63特遣队)、曙明(64特遣队)两工作室。擎天下辖九霄(作战司令部)、大勇(空降特遣)两工作室，共动员台三军精英207人。

“国光计划”含“敌前登陆、敌后特战、敌前袭击、乘势反攻、应援抗暴”等五类26项作战计划，所有计划都策划到师的任务层级。1965年6月24日，在左营桃子园外海实施模拟登陆演习中，有5辆LVT水陆装甲运输车被浪打翻，造成数10人死亡，是“国光计划”演习中伤亡最大的一次。

而“国光案”在1965年达到高潮，6月17日，蒋介石在台陆军官校召集军方基层以上干部，以官校历史检讨会为名义进行讲话，预备发动反攻，所有干部都已预留遗嘱，军方同时选择最适合登陆战发起的“D日”。

同年8月6日，台海军“剑门”、“章江”军舰执行“海啸一号”任务，运送特战人员侦测大陆沿海及实施“国光计划”所需情报，被大陆鱼雷艇击沉，死亡官兵近200人；11月14日，一艘台海军“永字号”舰艇在乌坵被-击沉。

海战的惨败让蒋介石认识到，台军已丧失制海优势，发动登陆作战至为困难，从此“国光计划”规模逐年缩减。1970年后，国际局势发生巨变，台湾被逐出联合国，反攻大陆更难获得国际认同。“国光作业室”遂于1972年7月20日裁撤并入台当局“国防部作战次长室”，至此，蒋介石反攻大陆的计划宣告破产。