Осенью 1925 года Сыроежкин был направлен в распоряжение полномочного представительства ОГПУ по Северо-Кавказскому краю. В те времена, как и сегодня, в этом регионе широко распространился бандитизм. Бандиты нападали на нефтепромыслы, поезда, убивали советских работников, учителей, женщин. Вооруженные налеты они совершали и на предместья Грозного. В составе оперативно-разведывательного отряда Сыроежкин участвовал в выявлении и ликвидации наиболее активных головорезов. Опираясь на помощь бойцов местной самообороны, отряд чекистов сумел успешно провести ряд операций по разоружению бандформирований.
В 1928 году Г. Сыроежкин был командирован в Якутию, где японские агенты из числа бывших белогвардейцев готовили вооруженное восстание с целью создания марионеточного правительства и отделения Якутии от СССР. Благодаря успешной контрразведывательной операции, проведенной Сыроежкиным и его подчиненными, заговор был ликвидирован.
… Имена заговорщиков чекистам были хорошо известны, однако жили они в прекрасно охраняемых торговых факториях. Свой оперативный отряд Сыроежкин разделил на несколько групп, чтобы операцию по задержанию заговорщиков провести одновременно. Сам он с помощником и проводником-якутом направился в факторию, где укрывался руководитель заговора — бывший кадровый офицер царской и колчаковской армий штабс-капитан Шмидт. Представившись ревизором Потребсоюза и предъявив соответствующие документы, Григорий начал знакомиться с делами фактории. На третий день, попросив Шмидта проводить его до околицы, Сыроежкин, обладавший огромной физической силой, арестовал его.
В 1929 году вспыхнул вооруженный конфликт на Китайско-Восточной железной дороге (КВЖД), кратчайшим путем связывавшей Сибирь с Дальним Востоком. Сыроежкин был направлен в Бурятию, где возглавил оперативный отряд по борьбе с местными бандитами. Одновременно чекисты совершали рейды по тылам китайских войск.
В 1930–1931 годах по просьбе монгольских коллег Сыроежкин участвовал в операциях против банд в Ойратии, на севере Монголии.
В 1932 году коллегия ОГПУ наградила Сыроежкина именным оружием. В том же году, как имеющий большой опыт борьбы с белогвардейским подпольем, он получает назначение на ответственную работу в Белоруссию, где руководит ликвидацией подпольных националистических организаций. За проявленное мужество награждается золотыми часами.
После Белоруссии Г. С. Сыроежкин получает новое назначение, на этот раз — в Ленинград. Там он участвует в контрразведывательных операциях по ликвидации созданных германской разведкой ряда шпионских и террористических групп. Эти группы действовали под прикрытием нескольких германских коммерческих представительств. При проведении оперативных мероприятий Сыроежкин выезжал по линии ИНО ОГПУ в Германию, Норвегию, Финляндию и Швецию для проведения встреч с агентурой. В Хельсинки, например, он провел конспиративную встречу с одним из бывших руководителей Кронштадского мятежа Степаном Петриченко, который подробно информировал разведчика о военных приготовлениях на финско-советской границе.
В 1936 году Г. С. Сыроежкину за «особые оперативные заслуги и боевые подвиги» было присвоено звание майора госбезопасности, что соответствовало воинскому званию генерал-майора.
В 1936 году в Испанском Марокко вспыхнул фашистский мятеж. Вскоре мятежникам удалось высадиться на территории Испании, и в стране началась гражданская война. Со всего мира в Испанию на помощь республиканцам спешили добровольцы. Среди них были и советские чекисты, в том числе будущие герои Советского Союза С. Ваупшасов, К. Орловский, Н. Прокопюк, А. Рабцевич.
Григорий Сыроежкин написал три рапорта на имя руководства НКВД, прежде чем получил разрешение на отъезд в Испанию.
Используя свой богатый оперативный опыт, Сыроежкин, являвшийся сотрудником резидентуры НКВД, занимается подготовкой специальных партизанских и диверсионных групп республиканской армии для ведения борьбы в тылу франкистов. По его инициативе были созданы партизанские отряды, батальоны, бригады. Осенью 1937 года они были объединены в знаменитый 14-й специальный корпус, который осуществлял боевые операции на всех фронтах вплоть до окончания гражданской войны в стране. Сыроежкин стал старшим военным советником командира корпуса Доминго Унгрия. Он организовал разведывательно-диверсионную школу, в которой бойцы обучались премудростям партизанской борьбы.
В одном из докладов резидента НКВД в Испании А. М. Орлова в Центр от 9 декабря 1937 года, в частности, отмечалось:
«Проводимая в тылу «Д» работа (литерой «Д» в служебной переписке того времени обозначалась разведывательно-диверсионная деятельность партизанских подразделений на фронтах и в тылу противника. — Прим. авт.) привела к серьезному расстройству отдельных участков тыла франкистов и значительным материальным убыткам и людским потерям. Беспрерывные и последовательные действия наших «Д» групп, применение ими самых разнообразных, быстро меняющихся и постоянно совершенствующихся методов, охват нами почти всех решающих участков фронта, продвижение «Д» действий в глубокий тыл вызвали большую панику в фашистских рядах. Об этом говорят все донесения разведки и нашей агентуры, это подтверждается также и рядом известных нам официальных материалов (газетные статьи, приказы фашистов, радиопередачи.
Это состояние фашистского тыла, пребывание франкистов в постоянном напряжении, беспрерывно преследующий их страх перед «проделками красных динамитчиков», подчас преувеличенный и раздуваемый всевозможными слухами, мы считаем основным достижением в «Д» работе.
Нам точно известно, что для борьбы с диверсиями фашисты вынуждены держать в тылу значительные воинские силы и вооруженные группы фалангистов. Все, даже незначительные, объекты усиленно охраняются. В августе 1937 года командующий Южным фронтом фашистов генерал Кьяппо де Льяно издал приказ, объявляющий на военном положении провинции Севилья, Уэльва и Бадахос. Мероприятия фашистского командования, связанные с реализацией этого приказа, предусматривают отвлечение с фронта значительных воинских сил».
Сам Григорий Сыроежкин неоднократно лично участвовал в выполнении специальных заданий командования в тылу врага. За проявленное мужество он был награжден орденом Ленина.
В Испании Сыроежкин встретил сына Бориса Савинкова. Лев Борисович Савинков вырос в эмиграции, работал шофером во Франции. С началом гражданской войны в Испании направился добровольцем на фронт против франкистов. Отважно сражался в Интернациональной бригаде. Сыроежкин способствовал тому, что Лев Савинков стал капитаном Республиканской армии. Осенью 1938 года, накануне поражения республиканцев, Сыроежкин переправил его во Францию. Во время оккупации Франции Лев Савинков участвовал во французском движение Сопротивления и героически сражался с врагом. В августе 1944 года он в составе группы из отряда «Союза русских патриотов» водрузил красный флаг над зданием советского посольсва в Париже.
В 14-м специальном корпусе республиканцев Сыроежкина называли Грегорео Грандэ — Григорий Большой. Бойцы обращались к нему: команданте Грегорео. Сыроежкин был всеобщим любимцем. Товарищи по вооруженной борьбе с фашизмом ценили его за смелость, честность, профессиональное мастерство, доброе, человечное отношение к людям, бескорыстие. Григорий, например, был готов поделиться последним сухарем с бойцом, прикрыть его в бою. Он умел подбодрить, развеселить бойцов, был богат на выдумку. Вспомнив, например, свое прежнее мастерство фокусника, он любил развлекать друзей различными трюками.
В 1937 году на военнослужащих и чекистов обрушились репрессии. Нарком внутренних дел Н. Ежов и его подручные сфабриковали так называемый «заговор генералов». От «ежовщины» погибли десятки тысяч невинных людей, руководство Красной Армии было практически обезглавлено. Однажды в 1938 году в тесном кругу Г. Сыроежкин высказал свое мнение о невиновности Тухачевского и других военачальников. Он отметил, что многих из них он лично знает как честных и преданных командиров и готов головой ручаться за них.