Части 46-й дивизии организовали круговую оборону, надеясь на помощь основных сил, находившихся в 6–8 километрах от города. Бомбежки и артиллерийский огонь франкистов наносили оборонявшимся чудовищные потери. В 403-м батальоне, оборонявшем городское кладбище, оставалось 56 солдат и два лейтенанта. В госпитале Теруэля не было никаких средств, кроме простыней и кипяченой воды, которая использовалась как антисептик для дезинфекции ран. 18 февраля прекратилась доставка продовольствия и боеприпасов, а на следующий день вышла из строя единственная радиостанция 46-й дивизии. 20 февраля окруженные в Теруэле республиканцы имели не более 5 патронов на винтовку. Снабжение по воздуху было не организовано республиканским командованием, которое намеревалось в самое ближайшее время деблокировать Теруэль. Не имея связи, командование 46-й дивизии приняло решение пробиваться из окружения 22 февраля, если в течение дня 21 февраля Народная армия не предпримет попытки соединиться с защитниками Теруэля. 21 февраля 5-й корпус силами четырех дивизий действительно пытался деблокировать Теруэль, но безуспешно.

В ночь с 21 на 22 февраля смешанный батальон 46-й дивизии, которому были выделены почти все оставшиеся боеприпасы (в других частях осталось по два патрона на винтовку) пробил, действуя штыками и гранатами брешь в кольце окружения. Переправившись через реку Турия части 46-й дивизии, несмотря на огонь 50 батарей мятежников, соединились с основными силами. Часть тяжелого вооружения утонула в реке, в плен попал начальник штаба дивизии Паласио. Всего 46-я дивизия потеряла в боях за Теруэль 4500 человек, в том числе около 1000 в последние шесть дней обороны города. Таким образом, огромный перевес мятежников в силах возымел действие, и 22 февраля 1938 года около 11 вечера Теруэль был вновь захвачен франкистами.

Завершившееся Теруэльское сражение по накалу городских боев можно сравнить только со Сталинградской битвой. Обе стороны продемонстрировали упорство и высокие боевые качества. Но в битве на истощение в январе-феврале 1938 года у республиканцев не было шансов на успех ввиду подавляющего превосходства противника в артиллерии и авиации. В среднем каждый день во время семидесятидневной битвы за Теруэль на позиции Народной армии обрушивалось 12000 снарядов и 6000 бомб. Всего войска республики потеряли 14 тысяч человек убитыми, 20 тысяч ранеными и 17 тысяч пленными. Потери франкистов в общей сложности составили 45 тысяч. Но в руки мятежников попали солидные трофеи: 3 тысячи винтовок, 100 ручных и 123 станковых пулемета, 9 минометов, 7 орудий и 7 танков. Из 42 танков и 30 бронеавтомобилей республиканского Интернационального полка из сражения вышли 15 танков (многие из которых были повреждены) и 8 броневиков. Кстати, советских военных советников давно уже беспокоила легкость, с которой испанские экипажи бросали на поле боя советскую технику, даже в случае легких повреждений. Командование легиона «Кондор» установило марокканцам премию в 500 песет за каждый захваченный целым советский танк, и скоро в легионе появились целые подразделения, укомплектованные Т-26 (всего более 50 машин). БТ-5 немцам не нравились, так как были очень «нежными» и ненадежными в эксплуатации. И, тем не менее, советские и испанские танкисты смогли сохранить для дальнейших боев большинство машин, хотя износ почти всех из них давно превысил все мыслимые лимиты эксплуатации.

Если победа Франко под Теруэлем объяснялась исключительно превосходством в авиации и артиллерии, то стоит остановиться несколько подробнее на этих аспектах сражения.

Мятежники сосредоточили под Теруэлем 13 эскадрилий истребителей «фиат» по 9 машин в каждой и две эскадрильи Ме-109 по 12 самолетов, т. е. в общей сложности 141 истребитель, который прикрывал бомбежки республиканских позиций. Со своей стороны ВВС республики смогли сконцентрировать под Теруэлем 70 истребителей И-15 и И-16. Причем республиканская авиация базировалась на очень неудобном аэродроме Сарион, расположенном в узкой горной долине в 15–20 километрах от линии фронта. Любой налет вражеской авиации мог легко вывести узкую взлетную полосу из строя. Тогда аэродром решили замаскировать под фруктовый сад, для чего выжгли на земле круги, которые с большой высоты можно было принять за кроны деревьев. Когда выпал снег, круги делали из угля. В центре аэродрома стоял грузовик, на котором был искусно сделан макет садового домика. Прицеп грузовика возил посаженную в бочку небольшую сосну

Неподалеку от настоящего оборудовали ложный аэродром. Его обслуживали пять-шесть человек, которые при налете переставляли макеты самолетов, имитировали панику и поджигали бочку с бензином, от которой взрывался один из макетов. Для пущей убедительности сбор истребительных эскадрилий при взлете и посадке производился именно над ложным аэродромом.

Маскировка сработала блестяще. При налетах на ложный аэродром в декабре 1937 — январе 1938 года было сбито три «хейнкеля 111», а настоящий аэродром ни разу не подвергался бомбежке.

В отличие от советских пилотов, их противники из легиона «Кондор» устроились с комфортом. Немецкие летчики жили в хорошо отапливаемом поезде из 12 вагонов, в которых были ванны и хороший ресторан. Поезд надежно прикрывала батарея 88 мм зениток.

Однако первые воздушные бои под Теруэлем складывались далеко не в пользу немцев и итальянцев (последние страшно мерзли в открытых кабинах своих «фиатов»). 4 декабря 1937 года И-15 и И-16 в схватке с «мессершмиттами» смогли посадить один из «мессеров» на своей территории. Самолет сначала был облетан французами в Барселоне, а потом отправлен в СССР, где подвергся детальному изучению. 5 декабря 15 Ме-109 наткнулись на 20 И-15 и И-16 и опять немцы потеряли один «мессершмитт». 12 декабря И-16 принудили к посадке бомбардировщик «хейнкель 111», который также был переправлен в Советский Союз. Неожиданные потери и мастерство советских летчиков подействовали на немцев угнетающе. После легкой победы на Севере «Кондор» столкнулся с по-настоящему опасным противником. Причем достойно противостояли «мессершмиттам» даже «курносые», пилотируемые опытными летчиками. Немцы начали роптать. Они вдруг осознали, что воюют в Испании за непонятные цели. Будущий немецкий ас второй мировой Адольф Галланд (103 победы; инспектор истребительной авиации Германии), который командовал в Испании истребительной эскадрильей Хе-51, писал: «Мы воюем не на стороне справедливости…».

10 декабря 1937 года 15 «мессершмиттов», по выражению одного из немецких летчиков, «были счастливы», что смогли оторваться от республиканских истребителей без потерь.

Положение изменилось с 22 декабря, когда под Теруэлем были сконцентрированы почти все истребители и бомбардировщики мятежников. В условиях численного превосходства врага, республиканские истребители не всегда могли выполнить свою основную задачу: перехватывать вражеские бомбардировщики, штурмовавшие позиции республиканцев под Теруэлем. Часто все силы уходили на борьбу с истребителями противника, которые прикрывали свои бомбардировщики большими группами. В день начала франкистского контрнаступления 22 декабря 1937 года одна эскадрилья И-15 и три — И-16 встретились в воздухе с 40 «фиатами» и 15»мессершмиттами», которые шли на 1000 метров выше итальянцев на высоте 4000 метров. Это был принципиальный бой, в котором немцы и итальянцы хотели завоевать господство в воздухе над Теруэлем. Однако советские «высотные чистильщики» связали Ме-109, в то время как их товарищи взялись за итальянцев. Те сражались с невиданным доселе упорством. Потом выяснилось, что в этом воздушном сражении участвовали лучшие летчики и инструкторы из Высшей воздушной школы Италии. Их только что перебросили с Апеннин, чтобы поднять сломленный боевой дух их коллег, которые никак не могли придти в себя после разгрома Гарапенильоса. Несмотря на то, что двигатель И-16, начиная с высоты 3000 метров, серьезно уступал по мощности мотору Ме-109 и «чистильщики» испытывали большие перегрузки, бой 22 декабря закончился победой республиканцев: домой не вернулись два «мессера» и пять «фиатов». Советские летчики и их боевые друзья-испанцы не досчитались пяти машин.