Посланцы Лубянки реорганизовали испанскую контрразведку СИМ (Servicio de Investigacion Militar — служба военных расследований), которая официально подчинялась военному министру, фактический же контроль осуществляли советские чекисты и руководители компартии Испании. В структуру СИМ входили генеральный секретариат (руководители технических, внутренних и юридических служб), 11 отделов, занимавшихся общей контрразведкой, контрразведывательной работой в авиации, сухопутных войсках, военно-морском флоте, промышленности, сфере производства вооружений, экономике (спекуляция и т. д.), на транспорте и в связи, в учебных заведениях, политических партиях и профсоюзах и среди гражданского населения. Также существовал юридический отдел и 13-й отдел — бригада специального назначения. Представители НКВД находились в четырех местных отделениях СИМ в городах Мадриде, Барселоне, Бильбао и Альмерии.
Кроме СИМ советские чекисты к концу 1937 года помогли создать другие спецслужбы:
— СИЕП (служба периферийной разведки) — военная разведка, подчинявшаяся 2-му отделу центрального штаба, ее отделы существовали в каждом армейском корпусе;
— СЕ (специальная служба) — орган генерального штаба — контрразведка в войсках;
— СИ ЕЕ (специальная служба зарубежной информации) — разведка за границей.
Эти меры проходили в условиях наступления мятежников на Мадрид в ноябре 1936 года. Войска республиканской армии при помощи интернационалистов-добро-вольцев из различных стран Европы и Америки (20 октября в Испании началось создание Интернациональных бригад, первую из которых под порядковым номером 11 возглавил сотрудник советской военной разведки Манфред Штерн, воевавший в Испании под именем генерала Клебера, всего иностранных добровольцев было более 42 тысяч человек) и советских военных советников и специалистов.
Франкистская армия наступала на Мадрид четырьмя колоннами. Но была еще и «пятая колонна» — агенты мятежников и спецслужб Германии и Италии в самом Мадриде. Это выражение появилось именно в 1936 году и стало крылатым в языках разных народов и до сих пор является синонимом измены и предательства.
Многих фашистских пособников помогли разоблачить советские чекисты. В марте 1937 года в Мадриде ими были раскрыты две фашистских организации, в Валенсии арестованы итальянские разведчики братья Полити и 13 их испанских агентов. Летом 1937 года были арестованы агенты гестапо Максим Старр (служил в звании лейтенанта в интербригадах, ранее был полицейским провокатором в компартии Германии), Эрнст Клемент и Мюллер, резидент абвера в Испании, бывший атташе германского посольства Алекс, нелегальный резидент абвера в Мадриде Отто Кирхнер, под видом аргентинского гражданина владевший антикварным магазином, и все его агенты в Испании.
Испанские спецслужбы под руководством сотрудников НКВД вели тайную войну и против английской и французской разведок. В Барселоне в декабре 1936 года были арестованы агенты резидентуры 2-го бюро французского Генштаба. В июне 1937 года, по сообщению; Орлова, были арестованы агенты английской разведки «Интеллидженс сервис» индус Эриу Эдуард Дут и Кинг, собиравшие информацию о республиканской армии.
Чекисты организовали охрану лидеров испанской компартии Долорес Ибаррури, Висенте Урибе и Педро Чека, на которых, по данным разведки, мятежники готовили покушение. Этим занимался сотрудник ИНО НКВД Станислав Ваупшасов (Альфред).
Чекисты наладили и работу испанской республиканской разведки за границей. Ими были получены важные сведения о 7-м армейском корпусе германского вермахта в Мюнхене, при котором существовала специальная офицерская школа для франкистов, о вербовке и отправке в Испанию частей морских штурмовых отрядов СА и 1200 саперов из пяти саперных батальонов немецкой армии, о двух женщинах — агентах немецкой разведки: Лидии Марии Атцельде Борозон (племяннице военного министра рейха фон Бломберга, работала в Барселоне) и Ади Эйнберг в Марселе, и об испанском консуле во французском городе Монпелье Рочо, также шпионе Франко (эти сведения Орлов сообщал руководству ИНО в мае 1937 года).
Совместными усилиями советской и испанской разведок была организована агентурная сеть в Валенсии, откуда резидентура ИНО НКВД в Испании вела разведку в Испанском Марокко, английском владении Гибралтаре и во Франции. В Испании сотрудники Орлова и Эйтингона привлекли к сотрудничеству ставших впоследствии знаменитыми советских разведчиков — Героя России Мориса Коэна, Марию де лас Эрас, Иосифа Григулевича.
Всей этой огромной работой занимались резидент Орлов, его заместители и сотрудники. Но у каждого в руководстве представительства НКВД был и свой участок работы. Так, Белкин поддерживал контакты с руководством испанского МВД, курировал работу особых отделов республиканской армии. Василевский был старшим советником Особого отдела Мадридского фронта, начальником оперативной группы НКВД. Вместе с Эйгингоном он руководил линией «Д» резидентуры НКВД СССР в Испании.