W tym samym roku został skierowany do Międzyrzecza, gdzie w latach 1986–1996 pełnił służbę wojskową w 17 pułku zmechanizowanym 4 Dywizji Zmechanizowanej na stanowiskach: dowódcy plutonu i kompanii czołgów, a następnie szefa sztabu – zastępcy dowódcy batalionu czołgów. W latach 1996–2005 zajmował stanowiska sztabowe w pionie mobilizacyjnym, operacyjnym i uzupełnieniowym w 17 Wielkopolskiej Brygadzie Zmechanizowanej w składzie 11 Lubuskiej Dywizji Kawalerii Pancernej. Od 2005 roku służył w Dowództwie Wojsk Lądowych zajmując stanowiska specjalisty w Oddziale Organizacyjnym, potem starszego specjalisty w Oddziale Szkolenia Dowództw. 30 września 2011 po 29 latach służby wojskowej w stopniu podpułkownika został przeniesiony do rezerwy.
Praca po zakończeniu służby W 2011, po zakończeniu zawodowej służby wojskowej, był m.in. wykładowcą na Wydziale Bezpieczeństwa Narodowego Akademii Obrony Narodowej. Od 2013 był ekspertem w Fundacji Narodowe Centrum Studiów Strategicznych, które było kierowane przez Jacka Kotasa. W 2014 Gaj opisał władze ukraińskie jako „faszystowskie”, co wywołało kontrowersję.