フランコ将軍らの軍首脳部は，政治的アナーキーの収拾を口実に，カナリア諸島でクーデタを宣言した。2，3日のうちにスペインは二分された。カタルーニャ・バレンシア・ムルシア・アンダルシア東部，カスティリャなどの中央部，アストリアス・バスクなどの北部は，人民戦線政府に忠実であった。ガリシアからアラゴンにいたる北部の大部分・アンダルシア西部・モロッコはフランコの手中に陥った。トレードは人民戦線の領域の孤島として，フランコが掌握した。
マドリードでは，ラルゴ＝カバリェロが新たに内閣を組閣し，プリエト・ネグリン・アルバレス＝デル＝バヨなどの優れた社会主義者が入閣した。彼らの背後にはソ連の武器援助と国際義勇軍があった。フランコ軍は，ドイツ・イタリアの武器・兵士などの援助を得て，9月末には本土の3分の2を占領し，首都マドリードを半ば包囲するにいたった。マドリードは，すばやく組織された民兵と国際義勇軍の勇敢な守備のために，容易に陥落しなかった。
8月レオン＝ブルムのフランス人民戦線政府は，スペイン内戦に対する不干渉の提議を行い，9月ドイツ・イタリア・ソ連を含むヨーロッパ諸国がロンドンに不干渉委員会を設立した。しかし，ドイツ・イタリアはこれを無視し，11月にはフランコ政府を認知し，援助を増大した。
10月，人民戦線政府はバレンシアに移り，大量の金をソ連に送って武器援助を要請した。ソ連のみが他国のコミュニストに義理をたてて，スペインに戦車・飛行機・軍人などを送った。
1937年には，フランコ軍と人民戦線軍の境界線は，ピレネー山脈の中央から南に向かいテルエルに達し，そこから西にそれてグワダラマ山脈に伸び，マドリードを一周してエストレマドゥーラにいたり，メセータ(中央高原)南部をよぎってグラナダの南部で終わった。しかし，1937年末人民戦線軍はテルエルを奪還し，一時的勝利を収めた。ソ連の援助を受けたラルゴ＝カバリェロ政府は，民兵の集団を正規の軍隊に再編制することに成功したからである。
ソ連をバックに，スペイン共産党は勢力を増し，軍の主導権を握り始めた。ソ連の秘密警察チェカは，アナーキストやトロツキー派といわれるカタルーニャ統一社会党を迫害しはじめた。1937年5月バルセロナでは，内戦中の内戦といわれるアナーキストの反乱がおこった。共産党の圧力に屈しないラルゴ＝カバリェロは辞職を強いられ，ネグリンが新たに首相に就任した。
1938年，人民戦線軍の敗北は明らかになった。3月フランコ軍はテルエルを占領し，エブロ河流域を前進してカタルーニャに達した。フランコはカタルーニャ州自治政府を廃して中央政府の管轄下に置いた。激怒したカタルーニャ人は，勇敢にトルトサを守備したので，戦況は再び膠着状態に陥った。1939年1月バルセロナの陥落を機に，武器の不足に悩む人民戦線政府内部には，ネグリンや共産党の抗戦派と，アサーニャの降伏派が分裂し，3月反共クーデタがおきてフランコ軍に降伏した。およそ25万人がピレネーの国境を越えて，フランス・北米・中南米などに亡命し，一部はその地の革命に参じた。
スペイン内戦は，世界史的には第二次世界大戦の前ぶれであった。また，全世界の知識人・労働者がファシズム打倒のために結集したために，歴史的に大きな意味をもつ。
