Được tăng cường binh lực bởi quân Ý và quân thuộc địa Tây Ban Nha từ Maroc, Franco định đánh chiếm Madrid một lần nữa khoảng tháng 1 và tháng 2 năm 1937, nhưng lại thất bại.

Ngày 21 tháng 2, lệnh cấm "quân tình nguyện" của Ủy ban Chống can thiệp thuộc Hội Quốc Liên bắt đầu có hiệu lực. Tới ngày 8 tháng 2, quân Quốc gia thắng lớn trong trận Málaga và chiếm được Málaga. Ngày 7 tháng 2, Binh đoàn Condor của Đức, được trang bị máy bay Heinkel He 51 đặt chân lên Tây Ban Nha; tới 26 tháng 4 quân Đức ném bom thị trấn Guernica thuộc xứ Basque; hai ngày sau, quân của Franco tiến chiếm thị trấn.

Sau khi Guernica thất thủ, quân chính phủ Cộng hòa bắt đầu đánh lại quân địch ngày một quyết liệt. Tháng 7, họ tổ chức tấn công để tái chiếm Segovia, buộc Franco phải rút bớt quân từ mặt trận Madrid để ngăn bước tiến của quân Cộng hòa. Tướng Mola, chỉ huy phó của Franco, bị chết ngày 3 tháng 6 trong một tai nạn máy bay, rồi tới đầu tháng 7, bất kể việc Bilbao thất thủ trong tháng 6, quân chính phủ mở cuộc phản công mạnh mẽ ở Madrid, khiến quân Quốc gia phải hết sức vất vả mới đẩy lùi được. Trận chiến này được gọi là "Trận Brunete" (Brunete là một thị trấn thuộc tỉnh Madrid).

Tiếp đó, Franco giành lại quyền chủ động, tiến công Aragon trong tháng 8 và chiếm thành phố Santander (nay thuộc Cantabria). Sau hai tháng giao tranh khốc liệt, dù người Asturia kháng cự quyết liệt, Gijón (nay thuộc Asturias) thất thủ cuối tháng 10, trên thực tế chấm dứt chiến sự ở miền bắc.

Cùng thời gian, ngày 28 tháng 8, Vatican công nhận chính phủ Franco, rồi tới cuối tháng 11, khi quân Quốc gia tiến về Valencia, chính phủ Cộng hòa lại phải di chuyển, lần này về Barcelona.