Lokakuussa frankistiset joukot aloittivat suuren hyökkäyksen kohti Madridia, saavuttaen sen marraskuun alussa ja käynnistäen suuren hyökkäyksen kaupunkiin 8. marraskuuta. Tasavallan hallitus pakotettiin siirtymään Madridista Valenciaan 6. marraskuuta taistelualueen ulkopuolelle. Kansallismielisten hyökkäys pääkaupunkiin torjuttiin kuitenkin rajuissa taisteluissa 8.-23. marraskuuta. Tärkeä tekijä tasavaltalaisten puolustuksen menestyksessä oli viidennen rykmentin tehokkuus ja myöhemmin kansainvälisten prikaattien saapuminen, vaikka vain noin 3 000 ulkomaista vapaaehtoista osallistui taisteluun. Epäonnistuessaan valtaamaan pääkaupunkia Franco pommitti sitä ilmasta ja aloitti seuraavien kahden vuoden aikana useita hyökkäyksiä yrittäessään piirittää Madridin, aloittaen kolmen vuoden Madridin piirityksen
- Mitä? Korunan tien toinen taistelu, nationalistien hyökkäys luoteeseen, työnsi tasavaltalaiset joukot taaksepäin, mutta ei pystynyt eristämään Madridia. Taistelu kesti tammikuuhun saakka.