Преимущество республиканских ВВС в битве под Гвадалахарой состояло в том, что они действовали с ближних аэродромов с твердым покрытием, в то время как интервенты таких аэродромов в прифронтовой зоне не имели и их самолеты вынуждены были прилетать с севера из-за горных хребтов.
Одновременно началась массовая пропагандистская работа по разложению итальянского корпуса с помощью радиоустановок и листовок, которые запускались специальными метательными аппаратами. Огромную помощь в проведении фортификационных работ республиканцам оказывало местное население, понимавшее, что идет война с иностранцами. Везде звучал лозунг «Испания — не Абиссиния!» (в 1936 году Италия захватила Эфиопию).
11 марта в районе битвы вдруг пошел снег, и наступило резкое похолодание. И республиканцы, и их противники (особенно итальянцы в тропическом обмундировании) сильно страдали от простуды и даже от обморожения. Однако в этот день итальянцы силами двух дивизий предприняли еще одно мощное наступление, основная тяжесть которого пришлась на XI-ю и XII-ю интербригады (их поддерживал танковый батальон). Весь день шел упорный бой. Советские танки из засад наносили врагу большие потери. В этот же день, несмотря на непогоду, республиканская авиация провела штурмовку наступающих итальянских колонн с высоты 150–200 метров, вызвав панику среди врагов. Со своей стороны, итальянцы впервые в ходе войны применили огнеметные танки и непривыкшие к ним бойцы XI-й интербригады начали отход. В результате итальянцы продвинулись по французскому шоссе на 6 километров (до знака «77 километров до Мадрида») и захватили городки Трихуэке и Каса-дель-Кобо). Приписанные к XI-й интербригаде анархисты первыми оставили позиции. Стойко держались немцы из батальона им. Тельмана, но и они вынуждены были отойти, опасаясь окружения.
Ночью стали, наконец, подходить части Листера и к утру 12 марта республиканцы имели на фронте уже 18 батальонов (днем раньше — 9), хотя интервентов было по-прежнему больше в 3 с лишним раза. На полдень 12 марта при поддержке танкового батальона было намечено локальное контрнаступление с целью вернуть Трихуэке. К часу дня, двигаясь за успешно действующими танками, части Листера подошли к Трихуэхе, но были встречены сильным огнем. Итальянцы опять использовали огнеметные танки, и 2-я бригада дивизии Листера с трудом удерживала свои позиции, которые итальянцы уже начали обходить с фланга. Положение спасла резервная рота советских танков, отбросившая итальянцев. С другой стороны, республиканская авиация несколькими волнами разгромила подходившие к месту боя полк дивизии «Литторио» и части «добровольческой» дивизии «Черные стрелы». Всего за этот день ВВС республики произвели 150 боевых вылетов, израсходовав 500 бомб и 200 тысяч пулеметных патронов.
Используя успех авиации, Листер вновь перешел в наступление и его части опять подошли к Трихуэке. День 12 марта остался за республиканцами, продемонстрировавшими впервые в войне высокую степень взаимодействия пехоты, танков и авиации. Абсолютной новинкой были «конвейерные» беспрерывные бомбежки противника. Сначала в бой вступали группы из трех-четырех истребителей, задерживавших движение колонны. Затем бомбардировщики подбивали первую и последнюю машины, создавая пробки. Подключались штурмовики. Пока одна группа самолетов «висела» в воздухе, другие заправлялись и пополняли боекомплект. Эта тактика по имени впервые применившего ее главного советского советника ВВС республики комбрига Якова Владимировича Смушкевича («генерал Дуглас») стала называться «конвейером Смушкевича» и вошла в учебники по военному искусству. Смушкевич родился в 1902 году в Ковенской губернии (кстати, литовцем был и заместитель Смушкевича, командир истребительной группы П. И. Пумпур — «полковник Хулио») и уже в 1918 году вступил в коммунистическую партию. Будучи первоначально офицером-политработником, Смушкевич за 38 дней окончил знаменитую тогда в СССР Качинскую летную школу и стал первоклассным летчиком. После Испании дважды Герой Советского Союза генерал-лейтенант Смушкевич возглавлял ВВС РККА. Был незаконно репрессирован в 1941 году. В Испании немцы установили премию в 1 млн марок тому летчику, кто собьет «генерала Дугласа», а в 1941 году Геринг сказал, что отсутствие на фронте Смушкевича равносильно 5 дополнительным немецким авиадивизиям.
Узнав о разгроме с воздуха своей элитной резервной дивизии «Литторио», Роатта вечером 12 марта издал приказ о прекращении наступления и перегруппировке сил для нового удара.
В 11 часов 30 минут утра 13 марта в бой пошли интербригады. Но их удар был вспомогательным, а основной нанесла через полчаса 2-я бригада дивизии Листера вдоль французского шоссе. При поддержке танков республиканцы легко ворвались в Трихуэке, но здесь в уличных боях итальянцы стали эффективно бороться с бронетехникой бутылками с зажигательной смесью и горящими факелами. Танки пришлось вывести из боя, и Трихуэке была атакована с тыла вторым эшелоном наступавшей 2-й бригады. Итальянцы побежали, и неотступно их преследовавшие республиканцы подошли к Каса-дель-Кобо. Интербригадам не удалось повторить успех своих испанских товарищей. Им пришлось отражать ожесточенные контратаки, и в итоге интернационалисты остались 13 марта на прежних позициях.
В тот же день Франко для отвода глаз предпринял на Хараме несколько атак, которые легко были отбиты республиканцами.
14 марта испанские республиканские части отдыхали, но XII-я интербригада решила вернуть потерянное ранее хорошо укрепления дворянское поместье Паласио-де-Ибарра. Атака была подготовлена очень тщательно, особое внимание уделялось отработке взаимодействия танков и пехоты. В результате почти весь гарнизон дворца силой до батальона, обойденный с флангов, был взят в плен. Контратака другого итальянского батальона была в буквальном смысле этого слова раздавлена советскими танками.
Всего за время боев 11–14 марта республиканцы взяли в плен 500 итальянцев, захватили в качестве трофеев 13 орудий, 500 винтовок и 50 пулеметов. 14 марта на фронт прибыл генерал Миаха, высоко оценивший действия дивизии Листера. Последний, в свою очередь, торжественно вручил генералу захваченное итальянское знамя. Следует отметить, что в течение всех оборонительных боев и контратак с Листером находился советский военный советник, будущий герой Сталинграда А. Родимцев, оказавший большую помощь в разработке планов военных операций.
15-17 марта обе стороны перегруппировали силы. К республиканцам подходили новые резервы, хотя атаки мятежников на Хараме все же не позволили снять оттуда некоторые части.
План генерального контрнаступления республиканцев состоял в нанесении главного удара силами четырех бригад (одна из них в резерве) при поддержке 38 танков и авиации в направлении на город Бриуэгу, а после его захвата было предусмотрено двигаться дальше вдоль французского шоссе.
Но даже к началу республиканского контрудара соотношение сил было в пользу интервентов по людям 2:1 (45 тысяч против 20), по пулеметам 5:1, по орудиям 7:1, по танкам 1,3:1. Только самолетов у республиканцев было больше: 70 против 50 у итальянцев. На направлении главного удара у обеих сторон было по 10 тысяч бойцов. Но против 38 республиканских танков итальянцы имели всего 12. Зато по орудиям было обратное соотношение: 16 против 70.
В 13 часов 30 минут 18 марта 75 самолетов ВВС республики в течение 20 минут бомбили позиции итальянцев. Затем в бой пошли танки, но пехота завязла в непролазной грязи и начала наступать только в 16 часов. Итальянцы сначала оказывали ожесточенное сопротивление, но после захвата их первой линии обороны стали быстро отступать. XII-я интербригада ворвалась в Бриуэгу, а испанские части были посланы в обход города. К сожалению, они запоздали, и части итальянцев удалось ускользнуть из мешка. Их отступление превратилось в бегство, и к вечеру, как и планировалось, Бриуэга была полностью освобождена. В плен было взято 300 человек, захвачено 30 орудий, 6 танков, много инженерного оборудования и продовольствия, масса штабных документов. Дивизия «Божья воля», оборонявшая Бриуэгу, практически перестала существовать как боеспособная единица. Стремясь спасти положение, дивизия «Литторио» атаковала на французском шоссе 2-ю испанскую бригаду и XI-ю интербригаду. Республиканцам пришлось вводить в бой резервы и танки, но после разгрома в Бриуэге, опасаясь удара с фланга, итальянцы принялирешение отвести дивизию «Литторио» назад.