激しい攻防は2週間にわたって続いた。両軍はほぼ同じペースで戦力を増強していたため、どちらも決定的な優位を握ることができなかった。100万のマドリッド市民の士気をくじきたい思惑に加え、組織的に都市を破壊する作戦の最中に民間人がどんな反応を示すのかを見届けたいというドイツ軍将校たちの好奇心にも応えるべく、フランコ将軍は高性能爆弾による爆撃に焼夷弾投下を組み合わせた、24時間休みのない無差別爆撃を命じた。
爆撃がもたらした意外な結果――市民の団結
しかし、この時期にマドリッド市民が耐えた苦難は、彼らをかえって固く結束させた。11月16日から19日のわずか4日間で約千人が命を落とすという甚大な犠牲を出しながらも、市の防衛線は持ちこたえ、市民の士気は最後まで高く保たれたのである。
制空権の揺らぎ――ソ連製戦闘機の登場
さらに重要な変化が起きていた。制空権はもはやドイツ・イタリアの航空機だけのものではなくなり、ソ連製戦闘機との空中戦が頻発するようになったのだ。なかでも小型でずんぐりとした単葉機ポリカールポフI-16、通称「ラタ」は、おそらく当時世界最高水準の戦闘機だった。国民派の戦闘機を振り切れるほど高速だったソ連爆撃機は、新鋭のイタリア製カプロニ機を除けば、反乱軍支配下の各都市への攻撃に自由に向かうことができた。
11月末の戦力比較と共和派軍の編成
11月末の時点で、マドリッド戦線のトレド〜ブルニェテ地区には国民派軍6万人が展開していた一方、共和派の防御周辺部にあったのはわずか4万人だった。とはいえ、ソ連技術者の協力を得て、防衛線はようやく適切に構築されつつあった。共和派の歩兵部隊は、国民派の「バンデラ（bandera）」をモデルに編成された。すなわち、3個歩兵中隊と1個機関銃中隊を基幹とし、砲兵部隊と戦車部隊が支援する形である。国民派側は、マドリッドを陥落させるには、大規模な空爆と砲撃に支えられた圧倒的な兵力が必要だと痛感していた。
フランコ、モラ、バレラの作戦会議
11月末、フランコ、モラ、バレラの3人は会議を開き、カサ・デ・カンポで苦戦する味方部隊を救うには、共和派をマドリッド〜エル・エスコリアル街道の向こう側へ押し戻す必要があることで一致した。さらに、攻撃が成功すればそのまま前進を続け、シエラ（山岳地帯）で戦う共和派部隊を首都から切り離し、市への水と電気の供給を断つことが決定された。
ソ連装甲部隊が食い止めた追撃
攻勢が始まると、共和派の戦列は外人部隊バンデラの猛攻に耐えきれず、ポスエロとウメラの郊外へ退却した。ところが国民派がこの撤退を潰走に変えようと戦車を突入させると、ソ連装甲部隊の砲火に阻まれ、後退を余儀なくされた。Ju 52爆撃機もロシア製戦闘機によって撃墜されるか、追い払われた。この戦いは国民派にほとんど利益をもたらさず、両軍ともに大きな損害を負った。
続いて北西方面では、総兵力1万7000人からなる4個機動旅団が、開戦以来最大規模となる砲撃と激しい航空攻撃に後押しされてボアディージャ・デル・モンテを攻めた。共和派はソ連製戦車と戦闘機で迎え撃ち、国際旅団の生力部隊による反撃に出た。
ボアディージャの激戦と国際旅団の損耗
戦闘は4日間続き、共和派はわずか数平方キロメートルまで押し込まれた。それでも彼らは、戦術的に重要なボアディージャとビジャヌエバ・デ・ラ・カニャーダの村を死守し抜いた。しかし代償は大きく、国際旅団の6個大隊はほぼ全滅状態となった。国民派側の損害も甚大で、モロッコから新たな兵員を送り込み、多くの若者を前線へ駆り出さざるを得なかった。
包囲網完成を目指した二つの攻勢
包囲を完成させるための新たな計画が描かれた。それは、南部地区から東進してハラマ川を渡河し、バレンシア方面への道路を断つというものである。この攻勢が挟撃の右の鉤爪であり、左の鉤爪としては、ムッソリーニが派遣した正規大隊がグアダラハーラ南西から攻撃をかける予定だった。スペイン共和国の他地域から孤立すれば、マドリッドは死を待つのみとなるはずだった。
だが現実には、ハラマの戦いもグアダラハーラの戦いも国民派が期待した成果を生まず、マドリッドはこれを乗り越え、以後2年間に及ぶさらなる攻撃にも耐え抜いたのである。
動かぬ前線――終戦まで続いた膠着
戦闘が終息した頃――それは第二次世界大戦開始の数ヶ月前のことだった――シエラ、カサ・デ・カンポ、大学都市（シウダー・ウニベルシタリア）一帯の前線は、1936年末の位置とほぼ変わらなかった。マドリッドの勇壮な抵抗は、スペイン内戦の終結とともに幕を閉じた。その直後、フランコの国民派政権は、ソ連を除く世界の主要国すべてから承認を受けた。
第二次世界大戦への序章――電撃戦の誕生
コンドル軍団がドイツへ帰還してわずか4ヶ月後、ドイツ国防軍の先鋒である6個装甲師団がポーランドへ侵攻した。第二次世界大戦の幕開けである。ワルシャワは、マドリッドをはじめとするスペイン諸都市に続き、空からの爆撃という悲劇を経験することになる。戦車と航空機を組み合わせた電撃戦（ブリッツクリーク）――その有効性はスペインでまさに実証されたばかりだった――は、その後、世界中が知るところの「成功」を収めていくこととなるのである。