Военные действия первого этапа гражданской войны связаны с битвой за Мадрид (июль 1936 – май 1937 г.). Армия Франко с севера и юго-запада продвигалась к столице и в начале ноября 1936 г. подошла к ее окраинам. Генерал Мола заявлял, что Мадрид будет взят четырьмя наступающими колоннами при содействии «пятой колонны», т. е. находившихся в городе сторонников фашизма. В связи с осложнением обстановки было создано новое правительство с участием всех партий Народного фронта, в том числе социалистов и двух коммунистов, во главе с социалистом Ф. Ларго Кабальеро. Главной задачей правительства стала организация обороны Мадрида и создание новой республиканской армии под единым командованием. В ожесточенной битве за Мадрид его защитники «стеной своих тел» стояли насмерть за каждый окоп, за каждый дом, и к концу ноября 1936 г. наступление франкистов выдохлось. Но оборона Мадрида продолжалась, гражданская война принимала затяжной характер. В марте 1937 г. республиканская армия разбила под г. Гвадалахара 50-тысячный итальянский корпус, прорывавшийся к Мадриду. Успехи республиканцев заставили мятежников временно отказаться от захвата Мадрида и перенести удар на северные провинции Испании.
Линия фронта разделила не только испанцев, но и народы остального мира. В трудное для Испании время правительство Народного фронта получило международную поддержку. СССР через Комитет по невмешательству заявил, что если не будет прекращена иностранная военная помощь мятежникам, то Советское правительство будет считать себя свободным от выполнения «Соглашения по невмешательству». 13 октября 1936 г. в Испанию прибыл первый советский корабль с вооружением, а вскоре Испания получила советские танки, истребители, вооружение, горюче-смазочные материалы, медикаменты, продовольствие и около 3 тыс. человек добровольцев – военных советников, офицеров, летчиков, танкистов, военных инженеров, инструкторов, технический персонал, медиков, переводчиков и других специалистов, геройски трудившихся и сражавшихся за республику Народного фронта. В Испании погибли около 200 советских добровольцев. Для оплаты советских военных поставок испанское правительство разместило в Госбанке СССР часть своего золотого запаса.
Международное движение в защиту Испанской республики приняло огромные размеры, объединив людей всех континентов. Сотни тысяч пожертвований поступали в помощь Народному, фронту. В Париже был создан Международный комитет солидарности с Испанией, координировавший поступление и распределение средств помощи. Известна сумма, поступившая за два года в фонд Комитета, – 800 млн франков (из них, в частности, французы собрали 65 млн франков, американцы – почти полмиллиона долларов). Помимо сбора средств, солидарность с испанской республикой выразилась в поддержке ее демократической интеллигенцией всего мира, в массовых выступлениях протеста против интервенции и «невмешательства», организованных левыми партиями и профсоюзами в различных странах; в создании комитетов помощи и обществ дружбы. Высшей формой солидарности стали так называемые интернациональные бригады.
Тысячи людей различных политических и религиозных убеждений и разного социального происхождения из 54 стран мира, с большим трудом добравшиеся до Испании, организовали 7 интербригад. Первая из них вступила в бой под Мадридом уже 8 ноября. Наибольшее число добровольцев-антифашистов прибыло из Франции, Польши, Италии, Германии, в интербригадах воевали англичане, американцы, канадцы, австрийцы, венгры, югославы, чехи, румыны, албанцы, бельгийцы, шведы, датчане, швейцарцы, мексиканцы, аргентинцы – всего свыше 35 тыс. человек. Более 7 тыс. бойцов интербригад погибло в боях.
В ходе военных действий правительство Народного фронта продолжало выполнять свою программу. Из государственного аппарата были уволены нелояльные республике служащие; взамен распущенной гражданской гвардии была организована народная милиция; реформировалась дипломатическая служба; ликвидировались прежние судебные органы и создавались новые. Был издан декрет о конфискации собственности мятежников. Национализировались шахты, рудники, военная промышленность, автомобильный, железнодорожный и морской транспорт. Предприятия контролировались профсоюзами ВСТ и НКТ. Устанавливался государственный контроль над банками и иностранными компаниями. Земли, принадлежавшие участникам мятежа, были национализированы и бесплатно переданы крестьянам, а земли арендаторов переходили в их пользование, всего крестьяне получили 5,5 млн га земли. Стране Басков предоставлялась автономия. Галисия находилась под властью франкистов, и на нее декреты Народного фронта не распространялись. Активно велась борьба с неграмотностью, открывались школы, библиотеки, дома культуры. В крупных городах создавались рабочие институты; нуждавшиеся студенты получали стипендии. Большая часть испанской интеллигенции была на стороне Народного фронта. Глубокие радикальные мероприятия республиканцев только усиливали стремление мятежников как можно скорее покончить с Народным фронтом.