Еще 10 сентября 1936 года прибывшие в Испанию 33 советских пилота и техника стали готовить аэродромы в Кармоли и Лос Алькасаресе к приему самолетов из СССР. 13 октября из Одессы было доставлено 18 одноместных истребителей И-15 (советские пилоты называли эти самолеты «чайками», а республиканцы — «чатос» т. е. «курносые»; франкисты именовали самолет просто «кертисс» за сходство с одноименным американским истребителем). Через три дня еще 12 истребителей были в открытом море перегружены с советского на испанский корабль и доставлены в республику. Биплан И-15 был разработан талантливым советским авиаконструктором Николаем Николаевичем Поликарповым и совершил свой первый полет в октябре 1933 года. Максимальная скорость истребителя составляла 360 км в час. И-15 был простым в управлении и очень маневренным: он совершал разворот на 360 градусов всего за 8 секунд. Как и итальянский «фиат» поликарповский истребитель был рекордсменом: в ноябре 1935 года на нем был установлен абсолютный мировой рекорд высоты — 14575 метров.
И, наконец, 14 октября 1936 года в Картахену пришел пароход «Комсомолец», доставивший 50 танков Т-26, ставших лучшими танками гражданской войны в Испании.
Т-26 строился в СССР, начиная с 1931 года, на основе английского танка «Виккерс-Армстронг» и его первые модели имели две башни, а с 1933 года танки стали однобашенными. В Испанию поставлялась модификация Т-26 В1 с 45-мм пушкой и спаренным с ней 7,62 мм пулеметом (некоторые танки имели еще один пулемет). Броня была толщиной 15 мм и 8-цилиндровый двигатель позволял развивать скорость по шоссе до 30 км/ч. Танк был легким (10 тонн) и имел экипаж из трех человек (помимо стрелка и водителя был еще и заряжающий). Некоторые танки были оснащены радиосвязью и имели боекомплект в 60 снарядов (без радио — 100 снарядов). Цена каждого танка была определена в 248 тысяч песет без радиосвязи и 262 тысячи песет — с радиосвязью.
Советские танки разгружались с заведенными моторами и экипажами внутри, так как опасались, что агентура мятежников наведет авиацию. Командовал отрядом комбриг Семен Кривошеин, его заместителем был капитан Поль Матисович Арман (1903–1943), латыш по национальности (настоящие имя и фамилия Пауль Тылтынь, боевой псевдоним в Испании «капитан Грейзе»). Тылтынь с октября 1920 года работал в латвийском коммунистическом подполье, а его два двоюродных брата погибли в борьбе за установление в Латвии Советской власти. В 1925 году Пауль, спасаясь от преследований латвийской полиции, эмигрирует во Францию, а год спустя перебирается в СССР, где своего земляка направляет в Красную Армию старый большевик, а в то время руководитель советской военной разведки, Ян Карлович Берзин. Пауль служил в 5-й мотомехбригаде, расквартированной в белорусском городе Борисов. Командовал бригадой его старший брат Альфред. Осенью 1936 года Тылтынь и Берзин встретились на испанской земле: Берзин (настоящие имя и фамилия Петерис Кюзис, псевдоним в Испании «генерал Гришин», в переписке с Москвой — «Старик») стал первым главным военным советником СССР в Испании.
В 30 километрах от города Мурсия в курортном местечке Арчена среди оливковых и апельсиновых рощ была организована база подготовки испанских танковых экипажей, так как участие в боевых действиях советских танкистов сначала предполагалось только в исключительных случаях.
Однако обстановка под Мадридом была уже просто критической, поэтому рота танков Т-26 в составе 15 машин со смешанными экипажами была в пожарном порядке переброшена на фронт. Переброска проходила по личному указанию советского военного атташе В. Е. Горева по железной дороге. Экипажи состояли из 34 советских танкистов и 11 испанцев. 27 октября 1936 года танковая рота Армана была под Мадридом.
Советский Союз с начала октября 1936 года предупреждал Лондонский комитет по «невмешательству», что его деятельность, а точнее бездействие, на фоне почти открытой германо-итальянской интервенции, превращается в фарс. 7 октября лорд Плимут получил советскую ноту, в которой перечислялись факты нарушения Португалией режима «невмешательства». В ноте содержалось ясное предостережение, что если нарушения не прекратятся, то советское правительство будет «считать себя свободным от обязательств, вытекающих из соглашения». Но ничего не менялось и 12 октября СССР предложил поставить португальские порты под контроль ВМС Великобритании и Франции. Лорд Плимут в ответ лишь счел нужным запросить мнение Португалии, которое, впрочем, было и так ясно.
Тогда СССР решил заявить позицию уже не языком нот, а устами И. В. Сталина. 16 октября 1936 года генеральный секретарь ЦК ВКП (б) направил письмо руководителю испанской компартии Хосе Диасу, в котором говорилось: «Трудящиеся Советского Союза выполняют лишь свой долг, оказывая посильную помощь революционным массам Испании. Они отдают себе отчет, что освобождение Испании от гнета фашистских реакционеров не есть частное дело испанцев, а общее дело всего передового и прогрессивного человечества. Братский привет». Письмо было немедленно опубликовано на первых полосах всех испанских газет и вызвало в народе настоящее ликование. Бойцы народной милиции поняли, что они не одни и помощь близка.
Теперь и всему остальному миру стало ясно, что СССР поднял брошенную Италией и Германией перчатку. 23 октября 1936 года Москва дала оценку и «невмешательству». Советский полпред в Лондоне И. М. Майский передал лорду Плимуту письмо, резкость которого заставила видавшего виды англичанина оторопеть. «Соглашение (о «невмешательстве») превратилось в разорванную бумажку… Не желая оставаться в положении людей, невольно способствующих несправедливому делу, правительство Советского Союза видит лишь один выход из создавшегося положения: вернуть правительству Испании право и возможность закупать оружие вне Испании… Советское правительство не может считать себя связанным Соглашением о невмешательстве в большей мере, чем любой из остальных участников этого Соглашения». Советский Союз всерьез был намерен выйти из Комитета по невмешательству, но опасался, что без его участия этот орган превратится в орудие по удушению Испанской республики. К тому же французы очень просили не покидать Комитет, апеллируя к франко-советскому союзному договору 1935 года. Литвинов отмечал, что если бы была гарантия, что с уходом СССР Комитет по невмешательству прекратит свое существование, Москва не колебалась бы ни минуты.
Итак, на полях Испании готовились к схватке СССР, Германия и Италия, предвосхищая тем самым события, которые потрясут весь мир через три года.
Между тем развал республиканского фронта под Мадридом принял угрожающие размеры. 24 октября Ларго Кабальеро снял своего любимца полковника Асенсио с поста командующего Центральным фронтом, переведя его с повышением на пост заместителя военного министра. Место Асенсио, за которым в народе прочно укрепилась репутация «организатора поражений» (романтическая молва объясняла неудачи Асенсио его проблемами с любимой женщиной) занял генерал Посас, а ответственным непосредственно за оборону столицы стал генерал Миаха. После неудачи под Кордовой в августе он был переведен на должность военного губернатора Валенсии в глубокий тыл, где ему нечем было командовать. И когда его вдруг направили в Мадрид, Миаха понял, что из него просто хотят сделать «козла отпущения» за неминуемую сдачу столицы. Генерала недооценивали все, включая Франко, который считал Миаху бездарным и небрежным. И действительно, грузноватый и близорукий генерал не выглядел бравым героем. Но как оказалось, ему было не занимать честолюбия, и он был готов драться до конца.
Ларго Кабальеро срочно затребовал под Мадрид русские танки. Лично проинспектировав роту Армана, премьер воспрянул духом и приказал немедленно начать контрнаступление. Было решено ударить по правому, наиболее слабо защищенному флангу ударной группировки Варелы южнее Мадрида, чтобы отрезать ее от Толедо. 1-я смешанная бригада регулярной Народной армии под командованием Листера (в нее вошли четыре батальона Пятого полка) при поддержке танков Армана, авиации и пяти артиллерийских батарей должна была ударить с востока на запад и занять населенные пункты Гриньон, Сесенья и Торрехон-де-Кальсада.