В то же время республиканцы, желая устранить серьезную угрозу своим коммуникациям со стороны тяжелых крейсеров мятежников, решили уничтожить их на балеарских базах атакой легких сил (торпедных катеров и эсминцев). И хотя сама встреча противников произошла случайно, ей предшествовали разведывательные полеты авиации. В первые дни марта два республиканских самолета совершили разведывательный полет над Майоркой. Анализ сделанных снимков показал, что крейсеры мятежников стоят в бухте Пальма за боновым заграждением.
Приняв во внимание рекомендации советских советников, командующий республиканским флотом Л. Убьето, решил атаковать их торпедными катерами прямо на якорной стоянке. В ночь с 4 на 5 марта, в соответствие с планом, корабли ударной группы (3 торпедных катера и 4 эсминца) перешли из Картахены в Валенсию.
Однако франкистская разведка получила сведения о планируемой атаке республиканцев, и командование национального флота решило ее упредить. Из Пальмы вышел отряд под командованием вице-адмирала М. де Вьерна (М. devierna). Он имел следующий состав: крейсеры «Саnаrias», «Baleares» (флагман) и «Cervera»; эсминцы «Ceuta», «Melilla» и «Velasco», минные заградители «Jupiter» и «Marte» (528 мин на борту). Всего 57 орудий калибра от 102 до 203 мм и 48 торпедных аппаратов калибра от 450 до 533 мм.
Отряд направился к мысу Палос, в 15 милях к северо-востоку от Картахены.
Вьерна планировал на рассвете 6 марта перехватить выходящие в море корабли республиканцев и уничтожить их в дневном бою, используя перевес в тяжелой артиллерии (вес бортового залпа его крейсеров составлял 2048 кг, республиканских крейсеров — 700 кг). Дополнительной целью операции была установка минного заграждения на подходах к Картахене.
Ничего не зная о выходе отряда Вьерна, 5 марта около 18.00 вышла в море республиканская эскадра под командованием Л. Убьето, которая должна была прикрывать ударную группу «Gravina» (эсминцы «Gravina», «Lazaga», «Almirante Miranda», «Ulloa»), предназначенную для атаки рейда Пальмы. В ее состав вошли крейсеры «Libertad» (флагман) и «Mendez Nunez», а также 6 эсминцев — группа «Sanchez» («Sanchez Barcaiztegui», «Almirante Antequera» и «Lepanto») и группа «Jorge Juan» («Jorge Juan», «Escano» и «Almirante Valdes»). Всего 48 орудий калибра от 102 до 152 мм и 60 торпедных аппаратов калибра 533 мм.
Поздно вечером Убьето получил сообщение, что в районе Валенсии бушует шторм силой до 7 баллов, в связи с чем торпедные катера не могут выйти в море и атаку на Пальму следует отменить. Посовещавшись со своим советником (капитан-лейтенантом Н.А. Питерским), Убьето решил все же не возвращаться назад, а идти к Пальме для ночного поиска противника. Поэтому его эскадра взяла курс на северо-восток.
Тем временем Вьерна, намереваясь провести дневное сражение, решил на рассвете прийти в район Картахены. Поэтому он оставил в тылу под охраной эсминцев медлительные заградители (они шли не быстрее 18 узлов), а сам с крейсерами, кильватерной колонной («Canarias», «Ваlеаres», «Cervera») 30-узловым ходом двинулся к мысу Палос.
Незадолго до полуночи от соединения Убьеты отделилась группа «Jorge Juan», двинувшаяся на свободный поиск в район Ивисы. Республиканские крейсеры теперь шли кильватерной колонной («Libertad», «Mendez Nunez»), имея слева по борту группу «Sanchez».
Двигаясь встречными курсами, оба соединения наткнулись друг на друга 6 марта между 0.35 и 0.40 (на расстоянии около 70 миль от мыса Палос). Сигнальщики с «Sanchez», Идущего во главе своей группы, при свете звезд заметили пенный след колонны кораблей, а потом распознали темные силуэты франкистских крейсеров.
Передав это известие на «Libertad», «Sanchez» выпустил по кораблям противника две торпеды, но не попал, а идущие со скоростью 25 узлов корабли разминулись, не успев толком оценить ситуацию.
Около 0.50 Убьето получил радиограмму с «Sanchez» и опасаясь, что противник может отрезать обратную дорогу группе «Jorge Juan», изменил курс. Республиканские крейсеры повернули вправо и, дав полный ход, пытались перерезать дорогу крейсерам мятежников и одновременно отойти поближе к Картахене.
Вьерна достаточно быстро понял, что республиканцы хотят прижать его к берегу, отрезав путь в открытое море. Чтобы вырваться из ловушки, он двинулся полным ходом на юго-восток, оставив эскадру Убьето позади. Этим маневром он хотел избежать ночного сражения и, удалившись от берегов, дождаться рассвета, когда благодаря своей тяжелой артиллерии мог добиться весомого успеха.
Республиканцы, однако, не прекращали погоню, хотя наиболее тихоходный «Mendez Nunez» (29 узлов) начал отставать. После полуторачасовой гонки они нагнали противника. Эсминец «Sanchez», шедший во главе своей группы, и в дальнейшем постоянно находившийся слева по борту от «Libertad», около 2.13 с дистанции 2,8 км снова обнаружил мятежников, оставшись при этом незамеченным, поскольку все внимание противника привлекли республиканские крейсеры.