歷任冶金工業(yè)部鋼鐵局秘書，南京永利寧化工廠技術員，第2機械工業(yè)部計劃局工程師，國防工辦2局參謀、2處副處長、生產局副局長，國防科工委綜合計劃部副部長、部長。1988年2月－1997年3月任國防科工委副主任。第9屆全國政協(xié)委員。1988年9月被授予少將軍銜。1993年7月晉升為中將軍銜。

1958年至1969年，中國國防工業(yè)進入蓬勃發(fā)展的重要時期，其間，懷國模主要從事原子能研究事業(yè)，并負責了解和研究“兩年規(guī)劃”執(zhí)行情況及存在的問題，為推動中國國防工業(yè)實現(xiàn)常規(guī)武器的仿制和自主生產做出了不可磨滅的貢獻。

1978年，懷國模擔任國防工辦生產局副局長，并作為主要執(zhí)筆人，起草《關于發(fā)動群眾徹底整頓產品質量的報告》，報告旨在揭露企業(yè)管理和生產質量存在的問題，集中了國防工業(yè)各部門對質量整頓上需要采取的措施的思考。

2020年6月27日，懷國模因病逝世，享年88歲。