Недостатки республиканцев были прежними: несогласованность действий различных подразделений и очень медленное сосредоточение резервов. На этот раз добавилась и еще неразбериха между командованием сектора обороны Мадрида (генерал Миаха) и командующим Центральным фронтом (генерал Посас). В результате имела место просто преступная халатность. Истекавшим кровью в боях на открытой местности интербригадам не сообщили, что в лесу, буквально в 200 метрах от них были прекрасные укрепления, построенные еще в октябре 1936 года.

С самого начала наступления Оргаса командование Центрального фронта стало готовить контрудар. Самым подходящим моментом для него были 7 и 8 января, когда мятежники были обескровлены и не успели закрепиться на новых рубежах. Но к этому времени республиканцы не успели подтянуть резервы.

9 января на фронт прибыл советский военный советник при штабе Центрального фронта Р. Я. Малиновский («полковник Малино», будущий министр обороны СССР) и с его участием был подготовлен план контрнаступления с линии Вальдеморильо, Галапагар на юго-восток во фланг и тыл группировки Оргаса. Но, как всегда, не хватало мощного кулака для прорыва обороны. Целиком к операции привлекались только XII-я и XIV-я интербригады при поддержке 22 орудий, бронетанковой бригады Павлова и трех батальонов, выделенных 31-й и 32-й испанскими бригадами (около 9000 человек). Вспомогательный удар из парка Эль-Пардо должны были нанести три бригады республиканцев. Наконец, с севера связывала мятежников 31-я бригада, имевшая в своем составе не более батальона.

10 января мятежники стали отводить свои потрепанные части на отдых и в этот же день на поле битвы опять спустились густые туманы, затруднившие использование авиации и взаимодействие пехоты с танками. Тем не менее, 11 января в 11 часов утра танки Павлова пошли вперед и легко прорвали оборону мятежников, разгромив около батальона. К часу дня в район Махадаонды и Лас Росаса выдвинулись интербригады, завязавшие тяжелые бои, но так и не преодолевшие проволочные заграждения первой линии обороны. В то же время оборонявший Махадаонду батальон франкистов был настолько обескровлен и деморализован, что был готов сдаться при первой атаке. Но республиканцы не решились на нее, а ночью на помощь гарнизонам Лас Росаса и Махадаонды подошли марокканцы.

На остальных участках продвижения республиканцев практически не было. Мятежники, хотя и понесли значительные потери (450 человек, 6 орудий и 30 пулеметов), но все же удержали свои позиции.

12 января было решено продолжать наступление на том же главном направлении, хотя момент внезапности был уже утрачен. При помощи танков удалось взять важный опорный пункт мятежников — четырехэтажное каменное здание телеграфа на холме между Лас Росасом и Махадаондой — и разгромить занимавшую его роту франкистов. Танки прорвались между обоими городками и уничтожили подходивший к фронту резервный батальон мятежников. Но интербригады не смогли поддержать наступление, так как сами были атакованы срочно переброшенными в район Махадаонды резервами врага. Франкисты оголили фронт, и сковывающая группа могла этим воспользоваться, но как всегда подвело абсолютно не отлаженное взаимодействие между республиканскими частями. Поэтому день 12 января также не дал войскам республики территориальных приращений, хотя части Оргаса понесли ужасные потери (главным образом от советских танков) — до 1000 человек.

13 января командование республиканцев наконец оставляет попытки взять Махадаонду и Лас Росас с фронта и решает атаковать эти населенные пункты с фланга. На машинах была переброшена 3-я бригада, которая после тяжелого ночного марша по раскисшим дорогам смогла перейти в наступление только около 14 часов дня после полуторачасовой артподготовки. При поддержке танков двум ротам удалось ворваться в Лас Росас, где пошли бои за каждый дом. Но после отхода танков в тыл для дозаправки и пополнения боекомплекта, три батальона мятежников выбили республиканцев из Лас Росаса. За три дня контрнаступления бригада Павлова потеряла 5 танков, прежде всего, в результате огня только что поступивших на вооружение Франко 37-мм немецких противотанковых пушек (всего за время войны немцы поставили мятежникам 297 таких пушек, поражавших Т-26 с расстояния в 800 метров).

К концу дня 13 января республиканское командование приняло решение перейти к обороне. Но 14 января франкисты контратаковали сомкнутыми колоннами, причем в авангарде шли противотанковые пушки, готовые немедленно отразить контрудар Т-26. Весь день шел упорный бой, но мятежники не смогли продвинуться ни на шаг.

15 января второе генеральное сражение за Мадрид завершилось, и обе стороны стали окапываться. Франкисты, хотя и перерезали шоссе на Ла-Корунью, но не смогли охватить столицу с севера. И мятежники, и республиканцы понесли за 10 дней боев огромные потери — примерно по 15 тысяч убитыми и ранеными. Это было самое ожесточенное на тот период сражение гражданской войны. Республиканцы показали очень хорошие результаты в обороне, а некоторые их батальоны уже могли осуществлять успешные и продуманные контратаки. Мятежникам явно не хватило сил для развития начального успеха, так как Оргас не рассчитывал на столь упорные и кровопролитные бои. Хорошо показали себя советские танки, бравшие на себя во многих случаях функцию ударных пехотных частей и артиллерии, которой у республиканцев не хватало. Из-за туманов практически бездействовала авиация обеих сторон.

Вторая битва за Мадрид едва не вызвала кризис в высшем военном командовании столицы. Когда Миаха срочно запросил резервы, то Ларго Кабальеро грубо ответил генералу, что его просьба — просто скрытое признание своего поражения. Миаху едва удалось уговорить не подавать в отставку. Премьер, спешно покинувший Мадрид в самый критический момент, испытывал после успешного завершения битвы за город патологическую ревность к Миахе (который стал почетным членом всех организаций Народного фронта, включая соцмол) и к коммунистам, совместными усилиями отстоявшим испанскую столицу. Ларго Кабальеро даже настоял на переименовании Хунты обороны Мадрида в Делегированную хунту обороны, чтобы подчеркнуть, что она действует по поручению правительства (хотя в ноябре 1936 года никаких ценных указаний из Валенсии Миаха и Рохо не получали).

В ночь с 18 на 19 января бригада Листера неожиданным ударом захватила многострадальную высоту Серро-де-лос-Анхелес, которую не смогла взять XII-я интербригада в ноябре 1936 года. Командующий гарнизоном подполковник был взят в плен в одном нижнем белье. Однако на следующий день франкисты с помощью переброшенных резервов смогли отбить высоту обратно. Листер не получил обещанного ранее подкрепления и артиллерийской поддержки. Таким образом, грамотно проведенный республиканцами бой опять в конечном итоге остался безрезультатным.

В свою очередь, франкисты попытались 26 января прорваться в районе Эль-Пардо, но обе стороны уже готовились к решающей схватке совсем в другом районе, и это был скорее отвлекающий удар.

Франко не оставлял мысли об окружении Мадрида, планируя использовать для этого прибывающие итальянские части (к 10 января 1937 года они насчитывали уже 24 тысячи человек). Но командовавший ими генерал Роатта (псевдоним «Манчини») настоял на проведении итальянцами операции по овладению Малагой на южном, андалусийском участке фронта. Итальянцы не рассчитывали там на серьезное сопротивление, так как знали, что регулярные республиканские части пока были созданы только на Мадридском фронте. Франко был вынужден согласиться, и поручил осуществлять общее командование по овладению Малагой командующему так называемой армией Юга мятежников генералу Кейпо де Льяно.

Малага (портовый город со стотысячным населением) был центром узкой (не более 30 км) полоски республиканского фронта, начинавшегося в 30 километрах от Гибралтара и тянувшегося вдоль Средиземного моря на 200 километров. С севера над республиканской территорией нависали горы (высотой до 1900 метров), что облегчало оборону. Однако к началу 1937 года Малага в отличие от Мадрида все еще не преодолела «романтический» период войны. Хотя, в целом, в рядах милиции насчитывалось более 15 тысяч человек, они были плохо вооружены и разбиты на отряды по партийной принадлежности. Особенно сильны были анархисты, которые ввергли город в состояние хаоса. Были разграблены богатые кварталы. На стоящем в порту корабле устроили плавучую тюрьму, в которой содержалось 600 заложников. После каждой серьезной бомбардировки Малаги с моря или с воздуха (а они практически не прекращались) в отместку расстреливали несколько человек.