Setelah pindah ke Jakarta, kariernya semakin menanjak. Di tahun 2008 sampai 2009 dia pernah menjadi Direktur Latihan Komando Pembinaan Doktrin, Pendidikan dan Latihan TNI Angkatan Darat (Kodiklat).
Setelahnya, dia ditugaskan sebagai Gubermur Akmil selama kurang lebih satu tahun. Setelah di Magelang, dia bergseser ke Surabaya menjadi Panglima Komando Daerah Militer V/Brawijaya,
Di tahun 2011 dirinya ditarik menjadi Komandan Kodiklat TNI AD selama kurang lebih dua tahun sebelumnya akhirnya menjadi Panglima Kostrad ke-35 menggantikan Letjen TNI Munir.
Hanya butuh waktu satu tahun bagi Gatot untuk mendapatkan pucuk pimpinan tertinggi TNI AD. Tahun 2014, dia menjabat sebagai Kepala Staf Angkatan Darat (KSAD) menggantikan Jenderal TNI Budiman.
Di tengah masa tugasnya sebagai KSAD, presiden terpilih Joko Widodo (Jokowi) yang tengah mengubah kabinetnya mencalonkan nama Gatot Nurmantyo sebagai Panglima Tentara Nasional Indonesia (TNI) ke-16. Gatot disiapkan menjadi pengganti Jenderal TNI Moeldoko yang pensiun dari dinas ketentaraannya.