Павлов развернул бурную деятельность, вознамерившись организовать за счет вновь прибывшей техники и кадров (как советских танкистов, так и подготовленных в Арчене испанцев) полноценные бронетанковые войска республики. Планировалось сформировать одну танковую бригаду полного состава, а также несколько отдельных рот и батальонов.
Но, как обычно, обстановка на фронтах внесла коррективы в организационную деятельность. Уже 20 декабря 1936 г. одну свежесформированную танковую роту (девять Т-26 и шесть ФАИ) под командованием П. Цаплина срочно отправили на Арагонский фронт, где республиканцы собирались остановить наступление националистов на Валенсию и провести первую операцию по ликвидации так называемого «Теруэльского выступа». Для ускорения доставки и сбережения моторесурса технику перебрасывали в кузовах специально оборудованных тяжелых грузовиков.
27 декабря 1936 г. танкисты пошли в бой, а далее все развивалось достаточно шаблонно: на сильно пересеченной местности и узких дорогах танки и бронеавтомобили без поддержки пехоты становились легкой мишенью для противотанковых пушек, ручных гранат и бутылок с бензином. Танкисты непрерывно атаковали позиции противника в течение недели, но (хотя наступление националистов удалось остановить) продвинуться в сторону Теруэля республиканцам не удалось. За эти локальные успехи была заплачена дорогая цена: рота Цаплина лишилась четырех Т-26 и одного ФАИ, а единственная пытавшаяся взаимодействовать с танкистами республиканская часть, 13-я интербригада, потеряла в этих боях более двух третей личного состава.
3 января 1937 г. националисты на некоторых участках возобновили наступление на Мадрид. Республиканское командование было вынуждено стянуть к столице все наличные резервы, включая только что сформированную 1-ю бронетанковую бригаду во главе с Павловым (четыре танковых батальона и рота бронеавтомобилей – 56 Т-26, 10 БА-6 и ФАИ). Интересно, что в этой части танковые батальоны имели такую же численность, как до этого роты.
Павлов хотел использовать бригаду в полном составе для проведения масштабного контрнаступления, явно намереваясь проверить на практике распространенную теорию о полезности применения на поле боя относительно крупных танковых соединений. Однако прибывшую на фронт 6 января 1937 г. бригаду «раздергали» побатальонно и поротно для огневой поддержки обороняющейся пехоты и проведения локальных контратак – в уже обычном для республиканцев стиле.
Так, с 6 по 10 января в оборонительных боях был задействован 1-й батальон Т-26 капитана В. Баранова и несколько бронеавтомобилей. По советским данным, БА-6 в этих боях проявили себя с лучшей стороны, подбив из своих 45-мм пушек несколько немецких танков Pz.l и итальянских танкеток CV3.11 января позиции националистов на довольно широком фронте атаковали уже 2-й и 3-й танковые батальоны 1-й бронетанковой бригады. В ходе продолжавшихся несколько дней боев танкисты отчитались об уничтожении шести полевых и одной противотанковой пушек, 30 пулеметов, до десяти автомашин и не менее 450 солдат противника.
В мемуарной литературе упоминается, например, лейтенант Василий Новиков (впоследствии Герой Советского Союза), который почти сутки, до полного израсходования боекомплекта, вел бой, находясь в подбитом и горящем Т-26 с погибшими механиком-водителем и заряжающим. Только ночью, будучи без сознания от ранения и ожогов, он был с большим трудом извлечен из танка и отправлен в госпиталь. Есть мнение, что именно этот сюжет (правда, в несколько художественно видоизмененном виде) впоследствии был использован К. Симоновым при написании известной пьесы «Парень из нашего города». Так или иначе, наступление националистов было остановлено, при этом 1-я бронетанковая бригада потеряла не менее десяти танков и бронемашин.