19 марта отход начал весь итальянский корпус. Перешедшие в наступление вдоль французского шоссе части 2-й бригады и XI-й интербригады вели уже только преследование арьергардов противника. Республиканцы проявили военную смекалку. 2-я бригада организовала специальный моторизованный отряд: батальон пехоты на грузовиках, танковая рота и артиллерийская батарея на механической тяге. Быстро продвигаясь, этот отряд дошел до 89 километра шоссе и взял населенный пункт Гаханехос. Итальянцы на собственной шкуре почувствовали все прелести «молниеносной войны».
Окончательно сопротивление итальянцев было сломлено при помощи авиации. Лишь у 94-го километра французской автострады преследование было остановлено, так как войска сильно устали, а итальянцы успели построить оборонительный рубеж с колючей проволокой.
Таким образом, попытка перерезать путь отхода дивизии «Литторио» не удалось из-за слишком медленного выдвижения республиканских войск.
20 марта Листер решил продолжить преследование врага силами 2-й бригады по шоссе, хотя она оторвалась далеко от своих соседей слева и справа. Листер, понимая опасность обхода противником 2-й бригады, приказал усилить активность фланговых частей. Атаку предписывалось начинать после усиленной разведки (батальон пехоты и взвод танков). На французском шоссе 2-я бригада не смогла потеснить итальянцев с подготовленного оборонительного рубежа и потеряла два танка. На флангах дела шли несколько удачнее: были заняты несколько населенных пунктов и взяты пленные.
Но кошмар для итальянцев только начинался. В 12 часов 45 минут республиканская авиаразведка выявила множество колонн противника, спешно отступавших на север. Упускать такую цель было просто преступлением. В воздух поднялись 11 бомбардировщиков, 14 штурмовиков и 42 истребителя — все, чем располагали под Гвадалахарой ВВС республики. При этом была применена хитрость: одно звено штурмовиков атаковало северную голову колонны для отвлечения внимания, в то время как все остальные штурмовики обрушивались на «хвост» колонны.
В 14 часов 30 минут над головами итальянцев появились первые штурмовики, вызвавшие панику и создавшие огромную пробку на шоссе (итальянцы двигались в три ряда). Далее основное ядро штурмовиков поливало пулеметными очередями и забрасывало бомбами всю колонну — от начала до конца. Целиться не приходилось: скопившиеся на протяжении 10 километров автомашины были идеальной, почти учебной целью. Затем, согласно плану, появились истребители и бомбардировщики, которые помимо колонны атаковали местечко Альгора, до отказа забитое войсками итальянцев. Когда появилась итальянская авиация, было поздно: колонна в 1000 машин превратилась в огромный костер. В 17–00 было решено повторить атаку. Колонну нашли на том же месте, и она опять подверглась страшному разгрому. В этот раз штурмовикам и истребителям пытались помешать 26 истребителей «фиат», но они были быстро отогнаны превосходившими их И-15 и И-16, которые сбили 4 «сверчка». Одновременно эскадрилья бомбардировщиков бомбила железнодорожную станцию Сигуэнца, где было сосредоточено 15 эшелонов итальянцев. На обратном пути советские бомбардировщики были атакованы 27 истребителями «фиат», но атака была отражена огнем бортовых пулеметов, причем один истребитель был сбит.
Авианалет 20 марта 1937 года был первым в истории войн примером массового применения авиации для ударов по колоннам войск на марше. Всю операцию разработал и блестяще осуществил Смушкевич. Позднее именно эту тактику возьмут на вооружение немцы страшным летом 1941 года. Но и тогда, и под Гвадалахарой условием успеха подобных действий было техническое превосходство наступавшей авиации над силами прикрытия. В марте 1937 года советские истребители и бомбардировщики не имели в небе Испании противников, равных им по силам. В 1941 году в таком же положении оказались в советском небе ВВС Германии.
21 марта погода испортилась, и авиация уже не смогла повторить свой успех. Оборонительные позиции итальянцев крепли, на некоторых участках их сменили свежие силы мятежников. Правда, 22 марта 2-я бригада смелым наскоком захватила населенный пункт Леданка, но это был уже последний успех затухавшего контрнаступления республиканцев.
Гвадалахарское сражение закончилось, и войска республиканцев стали отходить в тыл. Их встречали восторженными массовыми митингами, празднуя первое по-настоящему успешное наступление молодой Народной армии, которая к тому же разбила части регулярной армии иностранной державы. Крестьяне несли своим защитникам угощение, девушки дарили солдатам вышитые ими рубашки. Листер стал самым популярным военачальником республики. Итальянский корпус потерял убитыми, ранеными и больными 8-10 тысяч человек. 800 интервентов было взято в плен. Вооруженные силы республики сбили 12 самолетов противника и захватили исправными 10 танков (еще около 30 было подбито, но итальянцы смогли взять их с собой). В качестве трофеев республиканцам достались 400 пулеметов, 2000 винтовок, 50 орудий, 170 автомашин и тракторов, 25 тысяч снарядов и 4 млн патронов. Сама Народная армия потеряла 208 человек убитыми, 3430 ранеными и 230 пленными. Было сбито 2 самолета и подбито 7 танков (4 из них республиканцы вернули при отступлении итальянцев). Итальянцы захватили в первые два дня операции 5 орудий, 20 пулеметов и 500 винтовок.
Битва под Гвадалахарой продемонстрировала, что республиканская пехота хорошо научилась взаимодействовать с танками в наступлении. Сами танки несколько изменили тактику: учитывая наличие у итальянцев 45мм противотанковых пушек, Т-26 с успехом действовали из засад и с замаскированных позиций. Наконец, несмотря на неблагоприятную погоду, блеснула мастерством республиканская авиация (в народе ее стали называть «Ла Глориоса», т. е. «Славная»).
Победа республиканцев была облегчена грубыми ошибками итальянского командования. Интервенты слишком глубоко эшелонировали наступавшие войска на узком участке фронта, что позволяло республиканцам какое-то время сдерживать наступление целого корпуса одной бригадой. В отличие от франкистов, итальянцы не проявили в обороне должной цепкости и сдавались в плен сотнями (марокканцев же до этого удалось пленить за всю войну всего лишь несколько). И все же основной просчет итальянцев был в том, что они не ожидали от Народной армии столь умело и грамотно организованного сопротивления.
На этом месте самое время подробнее остановиться еще на одном немаловажном факторе успехов республики на Хараме и под Гвадалахарой — деятельности советских военных советников. Первые военнослужащие РККА (летчики и авиатехники), как было показано выше, прибыли в Испанию еще в августе-сентябре 1936 года. Видимо, советское руководство первоначально полагало, что этого будет достаточно. Но стремительное наступление мятежников на Мадрид убедило Сталина в необходимости принять в конце сентября 1936 года решение об оперативном направлении в Испанию советских военных советников для организации по-настоящему грамотного ведения республиканской милицией боевых действий.
Добровольцев было хоть отбавляй. В то время советские люди начинали свой рабочий день с прослушивания сообщений радио о положении в далекой Испании. Об этом говорили на улицах совершенно незнакомые друг с другом люди. В квартирах простых советских граждан висели карты Испании, на которых отмечалось изменение линии фронта, увы, очень тревожное осенью 1936 года. Мальчишки учили испанский язык и бежали из родительского дома в черноморские порты, чтобы пробраться на отходящие в Испанию корабли. Как писал корреспондент ТАСС в Испании О. Савич: «Молодой человек того времени вряд ли имел право называться молодым, да и вряд ли мог считать себя настоящим человеком, если он не рвался в Испанию, чтобы драться с фашизмом, помочь испанскому народу и, может быть, избавить свой собственный народ от судьбы Испании».
Точно такие же настроения были и в Красной Армии. Молодые командиры забрасывали начальство, включая наркома обороны К. Е. Ворошилова рапортами, и смотрели на отправлявшихся в Испанию боевых товарищей, как на счастливчиков. Для командировки в «страну Х» отбирались наиболее подготовленные офицеры из хорошо зарекомендовавших себя на учениях частей. Но даже отличники боевой и политической подготовки не имели боевого опыта современной войны с применением танков и авиации (впрочем, тогда такого опыта не было ни в одной из армий стран мира).