Затем Франко повернул на север и захватил приморскую область Кантабрии и ее промышленные ресурсы, а 19 июня 1937 года взял порт Бильбао. Республиканцы на севере, разобщенные и лишенные грамотного командования, были плохо подготовлены и не имели авиации. Чтобы ослабить давление в этом регионе, республиканцы контратаковали в центре (битва при Брунете к западу от Мадрида, 6 июля). Республиканцы прорвали слабую линию националистов, но Франко прислал подкрепление, в том числе немецкую и итальянскую авиацию. Республиканцы не смогли сохранить темп наступления (общая проблема военных действий в этом конфликте), и их войска понесли большие потери. Сражение при Брунете выявило недостатки республиканцев: плохую координацию между подразделениями и, в связи с этим, неэффективное использование имеющейся артиллерии и танков. Кроме того, у республиканцев было недостаточно авиации. В июле 1937 года Советский Союз решил направить помощь партии Гоминьдан в Китае, противостоявшей Японии, и это значительно ослабило советское присутствие в Испании, борьба в которой все меньше интересовала Сталина.
Чтобы сдвинуть конфликт с мертвой точки, Франко в августе 1937 года обратился к итальянцам с идеей совместной операции, которая бы прекратила поставки советского оружия. Муссолини быстро согласился, и в Средиземном море вскоре начались нападения подводных лодок.
Потерпев поражение при Брунете, республиканцы не смогли помешать националистам захватить порт Сантандер на северном побережье 26 августа. Сан-Себастьян пал 13 сентября. Потеря портов лишила республиканцев возможности получать иностранные грузы и вообще рассчитывать на международную помощь. Столь же неудачно, как в Брунете, республиканцы действовали под Сарагосой в конце августа, их наступление не помешало националистам захватить в октябре Астурию. Этот успех передал в руки националистов важную промышленную зону и освободил их войска и военные корабли для других операций против раздробленных сил противника. Как и в Гражданской войне в России, взаимосвязь между фронтами и кумулятивный характер успеха были очевидны для обеих сторон.
Республиканцы испытывали вполне понятное желание перехватить инициативу, но предыдущие бесплодные попытки уже ослабили их, и следующее наступление, начатое 15 декабря 1937 года, принесло такие же результаты. Республиканцы захватили Теруэль. Однако этот успех не привел к долгожданным мирным переговорам – вместо этого националисты развернули успешное контрнаступление и отвоевали город обратно 22 февраля 1938 года. Республиканцы же в ходе боев в тяжелых зимних условиях понесли большие потери.
Иностранные комментаторы по-прежнему критически отзывались о характере и качестве боевых действий, к большому неудовольствию испанцев. В апреле 1938 года британский помощник военного атташе в Париже заметил после посещения националистической Испании:
Даже короткий визит ясно выявил ряд особенностей, которые характеризуют эту войну – войну, в которой большинство участников почти не обучены, войну, в которой сравнительно небольшие силы растянуты на огромной линии фронта, войну, в которой стороны используют современное оружие, но не в современных масштабах, и, наконец, войну, в которой происходит больше убийств, чем смертей на поле боя… Все эти особенности ясно показывают, что извлекать общие уроки из этой войны следует с величайшей осторожностью, ведь при известной ловкости ею можно будет «доказать» любую предвзятую теорию. Любого наблюдателя, побывавшего на Великой войне, поражает почти полное отсутствие боевых действий на всех трех секторах фронта. Кажется, что битва вспыхивает лишь время от времени, на небольших участках. На сотни миль на расстоянии винтовочного выстрела нет ни одного противника. Ни одна из сторон не пытается ущемить противную сторону в вопросах жилья и пропитания. Артиллерия, участвующая в боевых действиях, крайне малочисленна. Вскоре ярость боя утихает, и противники остаются в тупике, на тех же позициях, либо пытаются быстро наступать.
Помощник атташе связывал недавние успехи националистов главным образом с тем, что им «удалось скрытно сконцентрировать превосходящее количество полевой артиллерии в секторе, выбранном для прорыва». Он отметил, что в целом использованная тактика (траншеи и подвижный заградительный огонь) «в значительной степени основана на принципах Великой войны». Он перечислил недостатки армии, в том числе «непродуманную и спонтанную организацию», нехватку транспорта и плохие дороги, а также «совершенно бессистемное» ведение боевых действий.
Но, пожалуй, это была чрезмерно строгая критика. Франко развил свой успех в Теруэле, где основные республиканские подразделения были уничтожены почти так же, как гоминьдановские силы в Шанхае в 1937 году, потом захватил регион Арагона и к 15 апреля 1938 года достиг Средиземного моря. Националистам очень пригодились те пушки и самолеты, которые им в больших количествах поставляли Германия и Италия. Республиканская Испания оказалась расколота на две части и деморализована. Однако Франко не воспользовался своим успехом и не повернул сразу к Барселоне, несмотря на давление со стороны Германии. Он был решительно настроен сокрушить противника. Вместе с тем его беспокоило вероятное выступление Франции на стороне республиканцев.
Промедление Франко дало его разобщенным противникам возможность перегруппироваться. Свою способность собирать и бросать в бой значительные силы республиканцы наглядно продемонстрировали в неожиданной контратаке на реку Эбро в июле 1938 года. Но в этой операции снова проявили себя общие проблемы прорывных атак, и подошедшее к националистам подкрепление погасило первоначальный успех республиканцев. Республиканцам недоставало военных навыков, чтобы в полной мере воспользоваться своим первоначальным успехом. В конце концов более надежная логистика и превосходящие силы артиллерии и авиации дали Франко преимущество. Бой перешел в изматывающее противостояние, продолжавшееся до ноября, обе стороны сильно пострадали. Но республиканцы несли более серьезные потери, поскольку у них не было возможности приобретать новое оружие, особенно крупнокалиберное. Германия и Италия, напротив, организовывали националистам щедрые поставки.
В конце декабря 1938 года националисты начали наступление на Каталонию со значительным перевесом в оснащении и численности. Поначалу эту атаку удалось ненадолго задержать, но потом республиканский фронт рухнул, в том числе из-за подавляющей огневой мощи националистов. Дальше войска продвигались очень быстро. Многие республиканцы бежали через границу во Францию. 26 января 1939 года Барселона пала с минимальным сопротивлением. 27 февраля Британия и Франция признали националистическое правительство.
Между тем 5 марта командующий Республиканской центральной армией Сехисмундо Касадо Лопес устроил переворот внутри ослабленного республиканского правительства, его поддержал видный правый социалист Хулиан Бестейро. Они утверждали, что премьер-министр Хуан Негрин планирует привести к власти коммунистов. В Мадриде начались уличные бои, через несколько дней противники переворота потерпели поражение. Новые лидеры республиканцев были готовы вступить в переговоры с Франко, но тот настоял на безоговорочной капитуляции. В конце месяца националисты, встретив минимальное сопротивление, захватили оставшиеся республиканские области, Мадрид пал 28 марта. Это стало концом республики. Во время Гражданской войны было убито по меньшей мере 300 000 испанцев. Многие бежали за границу, Негрин скрылся во Франции, а Касадо – в Венесуэле. Стране был нанесен большой ущерб – от бомбардировок пострадали многие города и поселения по всей Испании, погибла часть культурного наследия – например собор в Сигуэнсе и Алькасар в Толедо.