Итак, республиканцы могли похвастаться двумя победами на юге, но их масштаб был явно недостаточен для того, чтобы отвлечь главные силы мятежников от гибнущего республиканского Севера.

Ларго Кабальеро предпочитал план нанесения главного удара по мятежникам в Эстремадуре, чтобы выйти к португальской границе и разрезать территорию, подконтрольную Франко, надвое. Для этого было необходимо как минимум 75 тысяч бойцов, в т. ч. все лучшие соединения Мадридского фронта. Командующий последним генерал Миаха и советские военные советники считали, что столь масштабное наступление не по силам молодой Народной армии, и даже в случае успеха вряд ли удалось бы удержать завоеванные позиции. В конце концов назначенный после отставки Ларго Кабальеро начальником Генштаба республики Висенте Рохо поручил советским военным советникам разработать план окружения мадридской группировки мятежников, насчитывавшей 55 тысяч человек. Но на подготовку такой операции требовалось время, и потому было решено провести пока несколько локальных контратак, чтобы все-таки оттянуть с Севера часть сил франкистов.

Первое наступление было поручено переименованному в Восточный Арагонскому фронту, который после майских событий в Барселоне возглавил генерал Посас. Была проведена определенная реорганизация частей (в т. ч. распущена 29-я дивизия ПОУМ), но основную массу солдат по-прежнему составляли анархисты. Целью наступления было взять, наконец, окруженный с трех сторон с самого начала войны город Уэску. Наступление довольно вяло шло две недели и, несмотря на большое превосходство республиканцев в живой силе, не имело никаких результатов. Было убито 1000 республиканцев, в том числе очень популярный в Народной армии генерал Лукач (Матэ Залка), которого 11 июня 1937 года сразил осколок снаряда. Лукач вместе со своим советником Батовым проводил рекогносцировку на простреливаемой мятежниками дороге. Она была защищена от глаз врага невысоким плетнем, но поднимаемая машинами пыль сводила на нет ценность этого импровизированного прикрытия. Поэтому машина Лукача попала под обстрел, во время которого он был смертельно ранен. Серьезное ранение получил и Батов.

Генконсул СССР в Барселоне Антонов-Овсеенко сообщал в Москву, что наступление под Уэской было скверно подготовлено, а авиация действовала трусливо. Танки с «испанской прислугой» (выражение Антонова-Овсеенко) работали плохо. Франкисты, судя по показаниям пленных, ждали республиканской атаки. XII-я интербригада была морально подавлена смертью своего любимого командира, а 72-я испанская бригада прибыла в небоеспособном виде (она состояла из необстрелянного пополнения и имела четыре типа стрелкового вооружения без патронов). Разведка не выявила наличия у противника железобетонных огневых точек, которые нанесли республиканцам большие потери. После провала наступления на Уэску прибывшие на Восточный фронт с центрального участка бригады были, несмотря на протесты Посаса, отозваны обратно

Другая атака к северу от Мадрида в направлении на Сеговию началась более успешно. 31 мая 1937 года три республиканских дивизии под командованием полковника Морионеса прорвали фронт мятежников и дошли до Ла Гранхи. Ударной частью республиканских сил была XIV-я интербригада. Но командующий мадридской группировкой франкистов генерал Варела оперативно подтянул части с южного фаса своего фронта и отбил атаку. Не очень хорошо в этой операции действовала авиация республиканцев, иногда бомбившая позиции собственных войск. Большие потери понесли советские штурмовики Р-5 и «Р-зет».

Провал атаки на Сеговию окончательно предопределил падение Бильбао.

Для спасения оставшейся части республиканского Севера с конца апреля активно шла подготовка к решающему удару на Мадридском фронте. На этот раз операция разрабатывалась в обстановке полной секретности. Войска перемещались ночью и занимали боевые позиции под видом участия в учениях. Даже начальник штаба Центрального фронта полковник Матальяна до последнего дня ничего не знал о предстоящей операции, которую готовил сам Рохо вместе с советскими военными советниками (наиболее существенную роль играл Малиновский).

Собственно план операции был не совсем уж и новым. Он в принципе повторял январские наброски 1937 года, когда планировалось взять мадридскую группировку Варелы в клещи, нанеся главный удар с северо-запада и вспомогательный (с Харамы) с юго-востока. Но встречное сражение на Хараме тогда расстроило всю комбинацию. Теперь ее хотели повторить, но с привлечением уже гораздо большего количества сил и средств.

Основной удар с севера в направлении на Брунете (городок с 1000 жителей) наносили 5-й и 18-й корпуса республиканской армии. 5-м корпусом (в него входили 11-я дивизия Листера трехбригадного состава и еще две дивизии, состоявшие из двух бригад каждая) командовал Модесто.

18-й корпус (три дивизии, включая XIII-ю и XV-ю интербригады) возглавлял кадровый офицер подполковник Хурадо (позднее его сменил человек, сыгравший в истории Испанской республики роковую роль — подполковник Сехисмундо Касадо).

Навстречу двум ударным корпусам должен был двинуться из южных предместий Мадрида 2-й корпус подполковника Ромеро (две дивизии, пять бригад). Соединение двух группировок планировалось в районе городка Мостолес.

План был детально разработан, и советские военные советники настояли на выделении крупного резерва (две дивизии из четырех бригад, включая две интернациональные), который должен был развить первоначальный успех. Командирам ударных частей строго предписывалось не ввязываться в бои за укрепленные населенные пункты, оставляя их ликвидацию в тылу войскам второго эшелона. Главное было в первый же день прорвать оборону и углубиться на расстояние, не позволявшее мятежникам локализовать наступление.

Руководство республики придавало операции огромное значение. Речь шла не просто об отвлечении сил мятежников с Севера, а о разгроме их основной группировки и окончании войны. Министр обороны Прието сказал президенту Асанье, что если это наступление окончится неудачей, то следует оставить все надежды на победу в гражданской войне. Ведь в бой шла лучшая часть Народной армии — Центральный фронт при поддержке практически всей имевшейся в наличии боевой техники.

Всего было собрано 85 тыс. солдат и офицеров (к концу битвы их число возросло до 110 тысяч), 250 орудий, 130 танков, 40 бронеавтомобилей и 140 самолетов. Группировка Варелы насчитывала 55 тысяч солдат, 300 орудий, 100 танков и 100 самолетов. Таким образом, в целом большого преимущества у республиканцев не было. Но на направлении главного удара им удалось создать подавляющее превосходство (в людях 6:1, в противотанковой артиллерии 4:1). Весной 1937 года в Испанию прибыли новые партии Т-26 (7 мая на пароходе «Кабо Палос» — 50 танков) и в дополнение к прежней одной было образовано четыре бронетанковые бригады, каждая из которых имела в своем составе один танковый батальон и два батальона бронеавтомобилей (советского и испанского производства). Новые танковые экипажи состояли уже исключительно из испанцев. 70 танков и 20 бронеавтомобилей должны были поддерживать основную ударную группировку под Брунете, а 2-му корпусу было придано 30 Т-26 и 10 бронеавтомобилей.

Перед началом генерального наступления батальон спецназа Унгрии получил задание вывести из строя железнодорожную магистраль Талавера-де-ла-Рейна — Навальмораль-де-ла-Мата, чтобы лишить франкистов возможности перебрасывать резервы под Мадрид с юга. Только за один день разведчики установили на дороге 14 мин, на одной из которых сразу подорвался эшелон с войсками. Еще пять дней спецназ минировал магистраль, обеспечив успех республиканского наступления на его первом этапе.