面对德国和意大利向反叛的佛朗哥的“民族主义”军队提供军事援助,斯大林决定向内战中的共和国军队派出军援。1936年9月,第一批坦克和坦克专家乘船开赴西班牙。货船Komsomol号于1936年10月12日抵达卡塔赫那港,运来了50辆T-26轻型坦克和51名“志愿”的坦克专家(由于苏联参加了“不干涉委员会”Non-Intervention Committee,因此称志愿者)。同时,马德里苏联使馆的武官符拉基米尔·戈列夫上校(Kombrig Vladimir Gorev,当时的苏军没有采用传统的军衔,而是用与职务相关的名称,Kombrig大致相当于上校),安排在离卡塔赫那港约90公里的穆尔西亚省的阿尔切纳(Archena)建立了一个训练中心。苏联政府并不打算为派到西班牙的坦克配备苏联乘员,而是训练西班牙人来操作它们。在内战的许多时间里,阿尔切纳一直都是共和国军坦克部队的训练和技术中心。
最初在阿尔切纳的训练计划由塞门·M·克里沃申上校( Semen M. Krivoshein)负责。虽然最初计划仅限于使用苏联人员进行教练,但10月底,马德里附近的共和国军的形势非常糟糕,以致苏联武官V. 戈列夫批准从阿尔切纳的人员中组成一些临时的战斗编队前去加强马德里前线。至少三个小型的战斗群被派到前线,一个由A·诺瓦克上尉(Komrot A. Novak)指挥,包括6辆BA-3装甲汽车和7辆T-26坦克,一个由比亚坎萨斯(P. Villakansas)少校指挥的西班牙坦克排,还有一个由保尔·阿尔曼少校(Kombat Paul Arman)指挥的加强连规模的编队。前面两个编队于1936年10月27日晚投入战斗,但作用有限。共和国军的坦克部队的首次有效的战斗是在10月29日早晨,由Arman的部分成军的第1坦克营进行。
在围绕Sesena村的几天战斗后,分散的共和国军坦克编队统一编成由克里沃申上校指挥的Aranjuez群,有48辆坦克和9辆装甲汽车。但并没有集中使用装甲部队,阿尔曼的连再次被派去支援Lister旅,克里沃申的其他部队则掩护共和国军主力撤回马德里。共和国军无力阻止民族主义军的屠杀,尽管克里沃申的分散的装甲部队的表现得到了普遍的赞扬。Aranjuez群参加了1936年11月4-5日的贝拉斯科的特雷洪(Torrejon de Velasco)和巴尔德莫罗的战斗,1936年11月13日在Cerro de los Angeles郊区的反击以及12月中在马德里的连续不断的战斗。
由于意大利和德国明显地违反不干涉政策向佛朗哥军队派去更多的军队和武器,斯大林决定加强其在西班牙的分谴队。当保卫马德里的战斗在继续时,第二批约200名苏联坦克手和坦克专家乘轮船Chicherin号于1936年11月26日抵达。这是来自驻旧多洛加(Stara Doroga)的白俄罗斯军区的第4独立(轻型)坦克旅的骨干队伍,由D·G·帕甫洛夫上校(Kombrig D. G. Pavlov)指挥。准备在阿切纳训练营用这些组成第1装甲旅(1.a Brigada Blindada)。该单位的较大规模并不表明在西班牙的苏联顾问团计划指挥集中使用坦克部队的大规模行动。红军的轻型坦克旅只是用来为合成兵种部队或步兵部队提供支援,其编组允许在作战时将单独的坦克营配置给步兵师。但是,旅的结构包含一个比克里沃申的部队更复杂完备的后勤系统,这将有助于解决困扰在西班牙的第一批苏联坦克部队的严重的车辆维护问题。帕夫洛夫在西班牙的旅只有红军标准的轻型坦克旅的约三分之一规模,名义上有96辆坦克,但在整个冬天和春天的战斗中很少有超过60辆。以克里沃申部为例,由于没有足够的苏联乘员,只能使用西班牙人员。这通常意味着:苏联驾驶员,连排长,和西班牙的炮塔人员。在西班牙战争中总共有351名苏联坦克手,但从可得到的部队记录,总数在任何 时期都不超过160人,通常不超过100人。帕夫洛夫的旅吸收了克里沃申剩余的部队,他们组成了第1坦克营。
帕甫洛夫部分建成的旅于1937年1月初被急急投入战斗,手头只有47辆坦克。装备最好的是新成立的由Kombat M. P. Petrov指挥的第2坦克营。作战意图是为于1937年1月11日在马德里西部前线从拉斯罗萨斯(Las Rosas)向Majadahonda进攻的第12和14国际旅提供支持。攻击开始时并没有得到计划中的炮兵或空中支援。与先前和西班牙军队的协同相反,与国际旅步兵的合作在某种程度上更加成功。坦克在突破以加固的石屋为基础的防线时卓有成效。但是,在最初的防线被坦克和步兵突破后,步兵便无法跟上坦克,彼此分离。坦克部队可以更深地穿透民族主义军的阵地,但就如同阿尔曼先前的战斗所表明的,没有伴随步兵的深入是没有效果的。在三天的战斗中,该部损失了5辆坦克,主要被敌人的反坦克炮击毁。当苏联人对共和国政府的援助增加的同时,德意也在增加对民族主义军的支援。共和国军坦克的天敌是德国37毫米PAK36反坦克炮,而意大利的47毫米步兵炮有时也取得战果。
苏联顾问团给莫斯科的报告并没有肯定有关哈拉马河的作战行动。在进攻中,步坦协同非常差。战场上民族主义军的37毫米反坦克炮更多,结果共和国军坦克损失严重,有时接近35-40%。地形并不利于展开大的编队,少有超过连级10辆的规模。但还是取得了一些成功。1937年2月14日,该旅更集中地使用兵力,在与第24步兵旅一起发起的反击中,压倒了一支民族主义军的主力部队,使之死伤约一千人。二月底,帕甫洛夫旅再度集中兵力支援国际旅进攻Pingarron。光2月27日一天,坦克旅就对民族主义军阵地发起了5次攻击,但遭反坦克炮打击,损失惨重。民族主义军炮兵一次就摧毁了8辆坦克,以致苏联炮兵专家库里克(Komkor G. I. Kulik)不无讽刺地评论道,反坦克炮可以横扫战场上的坦克,就如同机枪扫倒步兵。
布鲁内特攻势试图以一次全面进攻解救马德里,从首都的西部到东南部展开,诱捕在马德里南边要道上的民族主义军。7月6日,第18军在加拿大新镇(Villanueva de la Canada)的进攻开局糟糕。坦克营越过一片开阔地,后面跟随着第34师的步兵。但在离城500-600米处,坦克被民族主义军两门隐蔽很好的反坦克炮和两门野炮所阻。请求了炮兵和空中支援。但接着的4次进攻也没有能够消除城里的抵抗。两门德制37毫米炮中的一门布置在教堂的尖塔里,击毁了一打坦克。城镇最后被第15师攻克,但第18军在第一天没有达到预定的目标。虽然第5军要顺利一些,但也没有达到主要的目的。在接下来的几天里,坦克被用来支援一系列较小的就近的进攻,但大都没能拔除得到加强的民族主义军阵地。即使算上后备坦克营,到了7月11日,在布鲁内特地域的第1装甲旅减少到只有38辆坦克,全部用来支援第5军。1937年7月18日,民族主义军转入进攻疲惫不堪,士气低落的共和国军。但也无法攻克共和国军阵地,月底,战役以僵局结束。
1936年,红军颁布了一套新的战场条令,PU-36。为了用西班牙的经验丰富和修正战场条令,红军的情报委员会不仅从西班牙战场收集数据,还责成一些部队指挥员比较他们理解的条令和战场得到的经验。第一个也是唯一一个系统进行此项任务的是国际坦克团,1936年8月成立,指挥员为S·I·康德里亚切夫上校(Kombrig S. I. Kondryatev)。PU-36的部分问题是它只提出了坦克作战的最宽泛的指导原则,没有预见到坦克部队在战斗中将遇到的实际的各种困难。红军拥有在西班牙的有关坦克作战的丰富详尽的报告和研究。总体上,这些研究注意到使用装甲部队面临的许多困难。但同时,它们也适当提到了当地的不利条件,及在许多战斗中坦克对鼓舞表现差劲的共和国军步兵的重要贡献。共和国军坦克手的很差的训练水平,尤其是在1936-37年的战斗中表现出来的,经常被提到。作为吸取西班牙战场经验的结果,红军总参谋部开始准备一系列报告以在坦克战术方面补充PU-36。