Сам Орлов после своего бегства от сталинских репрессий в США в 1939 году многое рассказал о деятельности советских спецслужб на испанской войне. И о пыточных застенках в резидентуре НКВД, почти филиале Лубянской тюрьмы прямо в Испании, и о диверсионно-террористической работе. Орлов назвал в Испании шесть центров подготовки НКВД диверсантов. И о том, как у прибывших в интербригады добровольцев из разных стран мира сотрудники НКВД забирали себе паспорта, толстыми связками отправляя их в Москву на Лубянку для использования советскими разведчиками. И о массовой вербовке его резидентурой агентов НКВД из прибывших с разных концов мира бойцов интербригад. Сохранились показания Орлова в комиссии сената США уже в 1957 году, где он вспоминает о завербованных им в конце 30-х годов американских гражданах, на полях его показаний рукой главы ФБР Эдгара Гувера пометка: «Поднять списки американских добровольцев из «Батальона Линкольна», выяснить, кто где».
НКВД и военные разведчики, выступавшие в качестве инструкторов республиканской армии, воплощали в жизнь все то же, к чему привыкли на родине. Поэтому за советскими спецслужбами в Испании числится множество грехов, включая и охоту за белыми эмигрантами в армии Франко, и тайные ликвидации представителей собственно республиканского лагеря, отклонявшихся от единственно верной просоветской линии (левых социалистов, троцкистов, анархистов).
Созданная почти полностью из испанских коммунистов спецслужба республиканцев СИМ во главе с Баса с 1937 года уже больше подчинялась представительству НКВД и филиалу Коминтерна в Испании, чем собственному коалиционному правительству в Мадриде. Задействован в этой охоте и в планировании спецопераций в Испании был и нашпигованный агентурой НКВД штаб Коминтерна на испанской войне, располагавшийся в Альбасете. Заведовавшие здесь главные представители Коминтерна в Испании француз Андре Марти и немец Вальтер Ульбрихт (будущий руководитель ГДР) давали санкции чекистам и их друзьям из СИМ на тайные аресты и расстрелы в рядах самих интербригад в случае подозрений в отклонении от линии Сталина. Позднее вскрывшиеся подобные факты вызвали протест даже в рядах испанской и французской компартий, по их требованию названного «палачом из Альбасете» Марти пришлось из Испании отозвать, и даже спевший интербригадам гимн своим прекрасным романом «По ком звонит колокол» Хемингуэй об этом сталинисте из Коминтерна скажет: «Это был постельный клоп с манией расстреливать».
Так в Испании ликвидированы известные в международном Четвертом интернационале троцкисты Вольф, Фройнд, Рейн, Роблес, – при этом ликвидировали их тайно, чтобы уберечь республиканский лагерь от преждевременного раскола. Тайно захвачен и убит осенью 1937 года лидер ПОУМ Курт Ландау из австрийских троцкистов, резидент НКВД Орлов жаловался в рапорте на Лубянку, что «литерное дело (ликвидация) Ландау оказалось самым сложным в Испании, он опытный и находился в глубоком подполье». Созданная в Испании местными и европейскими троцкистами боевая организация ПОУМ, как и группы испанских анархистов, занимала в этом вопросе НКВД не меньше, чем открытые враги из лагеря фалангистов Франко. Также в Испании тайно ликвидирован лидер местных анархистов Альфредо Мартинес, возглавлявший Федерацию анархистов в Каталонии и выступавший против слишком тесного союза республиканского правительства с Москвой. Позднее здесь же убит воевавший среди бойцов интербригад видный итальянский анархист Бернелли, его тоже в НКВД посчитали плохо влияющим на интернационалистское братство. В Барселоне похищен и убит прибывший сюда сражаться с фашизмом известный английский троцкист Роберт Смайли. Кроме таких «литерных акций», в ПОУМ и анархистскую федерацию ФАИ внедряли активно чекистскую агентуру. Так, внутри ПОУМ долго работал агент НКВД Леон Нарвич из эмигрировавших из России евреев. Позднее его поумовцы разоблачили и тоже тайно ликвидировали. При разгроме ПОУМ после Каталонского мятежа арестованный троцкист-датчанин из этой группировки по фамилии Кьельсе признался на допросе в испанской госбезопасности, что именно он по приказу лидеров ПОУМ убил Нарвича за работу на советскую разведку и провокации.
Самая громкая и дерзкая ликвидация своего же временного сторонника в левом лагере осуществлена НКВД и его товарищами из испанской СИМ в 1937 году, когда был тайно похищен и убит командир ПОУМ Андреас Нин. Позднее троцкисты ПОУМ и анархисты группировки НКТ, раздраженные таким вмешательством советских спецслужб в испанские дела, поднимут знаменитый мятеж в Барселоне, подавленный коммунистами в 1938 году, и это станет началом конца республики в Испании. Хотя в советских спецслужбах никогда не признавали своей вины в таком ослаблении левого лагеря изнутри, чем сумели воспользоваться гораздо более сплоченные в политическом плане сторонники Франко. Даже командира ПОУМ Нина объявили просто бежавшим из тюрьмы и затем бесследно пропавшим. Сейчас точно установлено, что сотрудники СИМ арестовали Андреаса Нина и 40 других лидеров ПОУМ в июне 1937 года, а также расформировали поумовское ополчение и закрыли их газету «Баталья» после явной провокации НКВД.
В анналах НКВД эта операция по разгрому основных сил ПОУМ и ликвидации Нина проходит как акция «Николай». Люди Орлова фактически состряпали фальшивые документы о том, что верхушка ПОУМ вступила в тайные контакты с правым лагерем Франко ради свержения правительства Негрина. Арестованного Нина в тюрьме Алкаладе пытали при личном присутствии резидента НКВД Орлова и представителя штаба Коминтерна итальянца Видали, выбивая из него признание в мифических связях с франкистами. По словам выжившего лидера ПОУМ испанца Горкина, уже после пары дней таких допросов в Алкаладе лицо Нина представляло собой бесформенную массу от побоев. Поскольку Нин и его товарищи в измене в пользу Франко не признавались, а значит, расстрелять их по гласному процессу не получалось, была организована его тайная ликвидация. Лично резидент НКВД Орлов при помощи советского разведчика Григулевича и нескольких особо преданных НКВД испанцев из СИМ ночью вывезли Андреаса Нина из тюрьмы на загородное шоссе, где его застрелили, а труп бросили на обочине. Официально было объявлено о побеге Нина из тюрьмы, что должно было снять обвинения в его смерти с НКВД и его союзников, но правда с годами выплыла наружу.
Про противоборствующий лагерь советские спецслужбы также не забывали, помогая испанским республиканцам не только своими советниками, но и прямой организацией диверсий в тылу франкистов. В том числе рассматривалась и возможность организации покушения на самого Франко, для чего предполагалось использовать уже завербованного НКВД английского молодого разведчика Кима Филби, работавшего при штабе Франко под легендой британского журналиста.
Испанские тропы тайной войны прошли почти все ведущие специалисты по тайным акциям из спецслужб Советского Союза: Медведев, Ваупшас, Прокопюк, Акулов, Коробицын, Эйтингон, Василевский, Орловский, Рабцевич и другие. Здесь руководил тайными диверсиями в тылу Франко знаменитый советский разведчик Ходжа Мамсуров (в Испании известен как товарищ Санти), один из главных специалистов военной разведки СССР по тайным акциям за рубежом, организатор взрыва в соборе Софии в 1925 году, едва не убившего болгарского царя Бориса и премьер-министра Цанкова. В Испании он был инструктором специального партизанского корпуса армии республиканцев, предназначенного для действий в тылу врага. После возвращения в 1938 году из испанской командировки Мамсуров получил в Разведупре повышение и возглавил весь специальный отдел этой спецслужбы по диверсиям (Отдел А), сменив на этом посту переведенного на командную должность в войска Гая Туманяна. Мамсуров затем сохранял должность главного диверсанта ГРУ и в годы Второй мировой войны.