王元直出生于湖南长沙市，黄埔军校第六期。被陈诚保送到中央陆军工兵学校第一期学习。后考入陆军大学第十四期，因为成绩优异，1937年和黄维一样被派往德国学习现代军事，因抗战爆发而匆匆回国。第二年王元直从陆军大学毕业，被分配到第三战区担任参谋。经顾祝同批准，就任34师一团团长，王元直打仗有灵气，估算超越常人，屡立战功，浙赣会战国军一泻千里，一团是浙赣会战中少数几个反攻得手的部队，王元直带着部队成功攻占遂昌。第三十四师调入十八军后，正好老同学是十八军参谋长赵秀琨，于是经赵秀琨引荐给军长方天，出任了11师的参谋长，协助打仗厉害但是文化程度不高的胡琏。

王元直接受过现代化的军事理论，因此海陆空的防御能力相当突出，给出了不少合理化建议。例如对空布防阵地的选择，什么地方配置怎样的火力等等。胡琏起初还不信任他，不敢把希望寄托在别人身上，偷偷给自己备了条小船以防不时之需。最后看到11师游刃有余，不禁对王元直竖起了手指，并且给了王元直极大的指挥权限。11师一改平日里对日作战总是且战且退的局面，经过艰苦地拼杀，王元直成功地帮助胡琏守住了石牌。战后胡琏、王元直各得一枚青天白日勋章，胡琏高升十八军副军长，王元直升为十八军少将参谋长。

抗战胜利后，国民党军改师，王元直出任整编第十一旅副旅长。当时国军裁军不少，能有正规编制的都是很过硬的部队。1948年又师改军，王元直出任11师师长。淮海战役爆发以后，王元直跟随黄维出征徐州，中原野战军一路尾随。黄维将作战计划电报给国防部，并等待国防部批准。在国防部内线的干扰下，耽误了11个小时，导致12兵团没有能跳出双堆集包围圈。王元直指挥11师向解放军发起反扑，成功地夺取了好几个村庄，并且站稳了脚跟。

此后廖运周的110师临阵起义打乱了部署，虽说阵地守得固若金汤。但架不住粮弹两缺，虽然扛住了中原野战军的围攻，但架不住华野重炮部队的加入。原地突围不成，11师被打散了，王元直跟着黄维一起被俘。亮剑里常乃超的原型人物就是王元直，刚开始不承认是当官的，被解放军用跑步法揪了出来。经刘伯承的要求，吸收国民党有才干的人员充实解放军队伍。王元直被送到解放军军官总团学习，之后成为军区步兵学校的军事教员。

王元直能当解放军的教员，一是他有深厚的理论知识，学历高。且在参谋岗位上多年，也有实际作战成绩。政治影响也不像黄维那样大，是一个不高不低的官。正好解放军缺这种高级人才。虽然连排级的教官也缺人，但是能带师长、军长的教官是最需要的。王元直运气实在好，不仅当了教员组组长，后来还升为解放军的少将。整个国军被俘人员中，这样的人没有几个。

1954年，杜义德被组织上派到南京军事学院战役指挥系学习，王元直是其老师，同时还给50名将领讲授战术理论，学期一年，担任论文答辩评分组长的也是王元直。杜义德后任海军副政治委员，兰州军区司令员。有这一层师生关系，杜义德经常请王元直聚餐，生活上也是常常关照，并在上世纪八十年代住进上海海军干休所。相比较胡琏一生四次经历生死瞬间，背负32块弹片，王元直的一生算是非常顺畅，没有什么波折。1994年6月6日病逝，终年85岁。