Начиная по крайней мере с 54 года до н. э., Гай Фабий был легатом в армии Гая Юлия Цезаря, воевавшего в Галлии[5]. Известно, что в конце 53 года до н. э. он во главе легиона расположился на зимовку в землях моринов[6], но позже присоединился к Цезарю, который шёл на помощь осаждённому в лагере Квинту Туллию Цицерону[7]. В 53 году до н. э. Фабий участвовал в походе на менапиев[8][9]; в 52 году, в отсутствие Цезаря, во главе двух легионов отразил вражескую атаку на лагерь[10], а потом участвовал в боях с Верцингеторигом под Алезией[11]. В конце 52 года он расположился с двумя легионами на зимние квартиры в землях ремов[12][3][13].
В 51 году до н. э. Фабий с 25 когортами покорил несколько племён «в самой отдалённой части Галлии», потом покорил племя карнутов и подчинил Риму всю Арморику. Совместно с Гаем Канинием Ребилом он осадил хорошо укреплённый город Укселлодун, который удалось взять только после прибытия самого Цезаря[14][15][16]. В 50 году до н. э. Фабий командовал уже четырьмя легионами в землях эдуев[17][3][18].
В начале 49 года до н. э., когда началась гражданская война между Цезарем и Гнеем Помпеем Великим, в Риме распространились слухи, что Гай Фабий перешёл на сторону Помпея[19]. Молва ошиблась: Фабий остался легатом Цезаря и сыграл важную роль в начавшейся кампании. Во главе трёх легионов, расквартированных у Нарбонны, он занял пиренейские перевалы[20][21][22], подготовив таким образом разгром Луция Афрания и Марка Петрея в Испании. Во время боёв у Илерды Фабий отбил у врага два моста через реку Сикорис, имевшие большое тактическое значение[23][24]. После этого он не упоминается в источниках; по-видимому, Фабий умер уже в 49 году до н. э.[3]