Большую работу по укреплению республиканских частей под Малагой проводил советский военный советник полковник В. И. Киселев. С ним активно сотрудничал очень популярный в Малаге врач, депутат кортесов от компартии Каэтано Боливар.

Для овладения Малагой Кейпо де Льяно сосредоточил 10 тысяч марокканцев, 5000 карлистов и 5000 итальянцев. Все силы были сведены в девять колонн (6 испанских и 3 итальянских). В декабре 1937 года на юг Испании прибыло много итальянских танков. В воздухе авиация мятежников господствовала практически безраздельно. С моря силы наступающих поддерживали современные крейсеры «Канариас» и «Балеарес», которые, в свою очередь, страховали германский «карманный» линкор «Граф Шпее» и итальянские корабли. Разложенный анархистами республиканский флот действовал вяло. Попытки выйти в море и помешать блокаде Малаги срывались маневрированием итальянских и немецких кораблей, в то время, как крейсера мятежников подвергали город мощным обстрелам.

10 января 1937 года франкисты начали подготовительный этап операции по овладению Малагой. Испанские части во главе с полковником герцогом Севильским (отпрыском династии Бурбонов) начали продвижение вдоль берега практически без сопротивления, срезав западный край малагского выступа и захватив город Марбелья. Крейсера мятежников (на «Канариас» находился Кейпо де Льяно) произвели демонстрацию высадки десанта, но на побережье вовремя появились моторизованные части милиции. К 17 января фронт несколько стабилизировался. Одновременно с первой группой части мятежного гарнизона Гранады прошли с севера через горную цепь и создали небольшой плацдарм к югу от гор. Цель — отрезать защитникам Малаги отход вдоль побережья на восток. Чтобы ввести республиканцев в заблуждение, Кейпо де Льяно объявил 22 января операцию законченной и якобы вернулся в Севилью.

Республиканское командование, наконец, перебросило под Малагу несколько истребителей И-15. Советские летчики, не щадя своих сил, уничтожали с воздуха живую силу мятежников. Когда 1 февраля в воздушном бою с итальянскими бомбардировщиками погиб советский пилот-доброволец Антон Ковалевский его торжественно хоронила вся Малага.

5 февраля с плацдарма с севера от Малаги перешли в наступление полностью моторизованные колонны итальянцев, практиковавшие «молниеносную войну» («guerra celere» по-итальянски) на свой лад. Не заботясь о флангах, их легкие танки и пехота на мотоциклах быстро продвинулись вперед, в то время как герцог Севильский шаг за шагом и довольно осторожно приближался к Малаге с запада вдоль побережья. Милиция оказывала сопротивление, но многие бойцы, не привыкшие к танкам, все же отступали, при первом их приближении. 7 февраля итальянцы заняли предместье города Велес-Малагу, где натолкнулись на два собранные Каэтано Боливаром коммунистических батальона, оказавших упорное сопротивление.

А в самой Малаге началась паника. Видные политические деятели Народного фронта стали покидать город по прибрежной дороге, за ними двинулись десятки тысяч жителей. 8 февраля итальянцы заняли Малагу и через день «передали» ее подошедшим с запада войскам мятежников. В городе начались повальные казни: только за первую неделю после взятия Малаги практически без суда было расстреляно 4000 человек. Даже итальянцы были вынуждены заявить протест, так как подобные зверства «бросали тень на их мундиры». После Бадахоса Испания не знала таких кровавых оргий. Чуть погодя расстрелы упорядочили. Теперь они проводились по решению «суда», состоящего из трех офицеров, которые без особых допросов приговаривали всех людей, казавшихся им подозрительными, к смертной казни за «мятеж».

Овладев Малагой, мятежники высадили морской десант восточнее города, чтобы перерезать дорогу, по которой отступали беженцы. Основной массе их все же удалось спастись. Однако сухопутные части франкистов нагнали тех, кто последними покинул город, и расстреляли всех мужчин (женщин, как правило, отпускали в республиканскую зону, чтобы увеличить там трудности со снабжением населения). Мало того: в то же самое время корабли и авиация мятежников поливали свинцом из орудий и пулеметов бегущих по узкой прибрежной дороге людей. Это был ад: плачущие матери с мертвыми детьми на руках, изуродованные старики… Еще спустя двадцать лет водители, проезжавшие по этой «дороге смерти», замечали на ней скелеты.

Республиканцы, наконец, перебросили на малагский участок фронта 6-ю испанскую бригаду и несколько батальонов XIII-й интербригады, которые контратаками остановили противника у Мотриля. В обстановке неразберихи и уныния на этом участке фронта интернациональная группа разведчиков-диверсантов смогла взорвать в тылу врага совершивший вынужденную посадку бомбардировщик СБ (самолет считался секретным).

В целом сдача Малаги была серьезной неудачей республиканских войск. Итальянцы потеряли в ходе всей операции лишь около 100 человек убитыми и 400 ранеными. Кейпо де Льяно планировал закрепить успех и продолжить наступление вдоль побережья в направлении Альмерии и Валенсии. Но Франко не хотел слишком большой славы для своего неявного соперника и запретил дальнейшее продвижение. Его мысли были целиком сосредоточены на Мадриде, где уже началась новая операция по штурму города. Раздражен был Франко и тем, что Малагу взяли итальянцы, причем Муссолини, не стесняясь мировой общественности, публично хвалил своих «добровольцев». Роатта был произведен в дивизионные генералы, а 17 февраля 1937 года все итальянские части в Испании были сведены в так называемый Корпус добровольческих войск в составе 4 дивизий. Кроме того, существовали и сформированные ранее две смешанные испано-итальянские бригады.

В какой-то мере за поражение под Малагой с итальянцами поквитался республиканский спецназ. В феврале 1937 года пополненный бойцами интербригад и выросший до 100 человек разведывательно-диверсионный отряд под командованием 38-летнего бывшего кавалериста капитана Доминго Унгрия пустил под Кордовой с 15-метрового обрыва под откос эшелон из 8 вагонов, в котором находился штаб итальянской авиадивизии. Причем разработавший операцию Старинов сначала думал, что по ошибке уничтожили пассажирский поезд (что было строжайше запрещено командующим республиканским Южным фронтом полковником Сарабия), и ждал сурового наказания. Однако через линию фронта потянулось мирное население окрестных деревень, подвергшееся массовым репрессиям франкистов, которое и рассказало правду. После этого шумного успеха (об удачной диверсии писала даже зарубежная печать), был, наконец, образован и поставлен на собственное довольствие (до этого разведчиков кормили те части, в полосе которых они действовали) разведывательно-диверсионный батальон Народной армии, и его бойцам выплатили жалованье за прошедшие три месяца.

Батальон сразу же добился еще одного успеха. С помощью мощной мины (50 килограммов взрывчатки) удалось вывести из строя важный железнодорожный туннель. Следовавший с грузом боеприпасов поезд зацепил специально сделанную петлю и втащил аккуратно заложенную в автомобильную покрышку взрывчатку прямо в туннель, где произошел страшный взрыв. Эшелон горел несколько суток, а рельсы, вплавленные в камень, пришлось затем вырезать автогеном. Причем мятежники никак не могли понять причину взрыва, так как подступы к туннелю охранял целый батальон, не заметивший никаких диверсантов.