14 и 15 июля республиканцы еще предпринимали локальные атаки, но они не только не приносили успеха, а отбивались уже серьезными контратаками противника.
18 июля (в годовщину начала мятежа) франкисты с трех сторон перешли в контрнаступление. Предварительно они попытались вывести из строя всех советских военных советников. Вечером 17 июля все они ужинали в мадридском отеле «Гэйлорд», где жили почти все советники, воевавшие на Центральном фронте (атмосфера вечеров в «Гэйлорде» ярко описана у Хемингуэя в романе «По ком звонит колокол»). На утро все они, включая Штерна, почувствовали симптомы острого отравления, и анализы показали наличие в организме мышьяка. Были арестованы несколько человек из обслуживающего персонала, которых затем отпустили из-за недостатка улик.
В первый же день своего наступления мятежники пытались ударами справа и слева срезать республиканский выступ, одновременно давя на него с фронта. 45 тыс. атаковавших поддерживали легион «Кондор» и 100 орудий. Но первые дни ничего не дали Вареле. Франкисты были вынуждены занимать каждую пядь отбитой территории ценой большой крови. 23 июля, когда в одном из батальонов XIII-й интербригады на Гуадаррамском плацдарме взорвался боезапас, измученных непрерывными боями людей охватила паника, совпавшая с бегством части нестойких республиканских войск из-под Брунете. В этот критический момент мог развалиться весь республиканский фронт. Но части Листера, стоя насмерть, сумели удержать Брунете. Бегущих останавливали танками и пулеметами. Командир XIII-й интербригады убил одного солдата, отказавшегося вернуться в бой, и едва не был разорван на куски его сослуживцами.
25 июля Листер все же был вынужден оставить Брунете, сумев закрепиться на кладбище этого селения.
К 28 июля линия фронта стабилизировалась. Республиканцы сохранили захваченные населенные пункты Кихорна, Вильянуэва-де-ла-Каньяда и Вильянуэва-дель-Пардильо, потеряв 20 тысяч человек убитыми и 100 самолетов. Мятежники недосчитались 17 тыс. человек и 23 самолетов. Но уже в середине июля 1937 года из Германии прибыло еще 22 истребителя Ме-109. Особенно ужасными были потери республиканских танков — 61 захваченных и уничтоженных Т-26. Конечно, сказались неопытность и нестойкость испанских экипажей. Но главная причина крылась в небывалой концентрации противотанковой артиллерии на стороне франкистов: на один километр фронта приходилось 26,6 стволов, в то время как в среднем этот показатель обычно не превышал 13,8 единиц. После Брунете многие военные теоретики на Западе решили, что эра танков закончилась.
Большие «Канны» вокруг Мадрида опять не удались, но наступление франкистов на Севере было прервано на 5 недель. Варела предлагал Франко воспользоваться измотанностью республиканцев и на их плечах ворваться в Мадрид, но «генералиссимус» не стал рисковать своими отборными частями и вновь перебросил их на Север. Народная армия в этом первом своем крупном наступлении оставила в целом хорошее впечатление, хотя налицо была большая разница в боеспособности — с одной стороны, между закаленными интербригадами и коммунистическими частями Листера, а с другой — свежими бригадами испанской армии. Большие потери объяснялись неумелыми действиями командиров при маневрировании, а также подавляющим господством в воздухе авиации мятежников во время второй фазы сражения.
После Брунете во многих воинских частях Народной армии стал ощущаться упадок духа и неверие в благоприятный исход войны. Некоторые бойцы интербригад, особенно выходцы из богатых и среднеобеспеченных семей США, Великобритании и Скандинавских стран, стали проситься на родину. Они ехали на романтическую войну («войну поэтов», как ее называли), а оказались в грязных окопах под непрерывными бомбежками и артобстрелом. Некоторые жаловались, что им не хватает хорошего питания и «сладостей». Среди интербригадовцев распространилось крайне низкое мнение о боевых качествах испанцев. С другой стороны, продолжался приток добровольцев из Восточной Европы, особенно балканских стран, которых не пугали бытовая неустроенность и тяжелые бои.
Переформировав свои силы, Франко вернулся к прерванной компании на Севере.
После захвата Бильбао отступавшие на запад в Сантандер части басков были сведены в 14-й корпус в составе четырех дивизий. Тогда же в баскских частях появились политкомиссары. Организованные в два корпуса силы обороны Сантандера занимали фронт протяженностью в 220 километров, обращенный на восток и юго-восток (с запада была республиканская Астурия). Генерал Льяно де Энкомьенда хотел сократить линию фронта, расположив оборонительные рубежи на горных цепях. Однако генерал Гамир Улибарри и его новый начальник штаба майор Ламас не стали менять позиций. Республиканцы имели 50 тысяч солдат, 50 батарей артиллерии и 44 самолета (в т. ч. 33 истребителя, из них только 18 новых советских). Три дивизии находились в глубине обороны в резерве.
Мятежники под командованием Давилы имели 106 батальонов (в т. ч. три итальянские дивизии, 6 наваррских бригад, и 30 батальонов мобилизованных в армию кастильцев). «Армию Севера» поддерживали 63 артиллерийские батареи, легион «Кондор» и итальянская авиация. Итальянцы, как и в случае со Страной басков, наступали вдоль побережья (им противостояла одна бригада), а наваррцы наносили удар с юга (там соотношение сил было 8:1 в их пользу).
У республиканцев на Севере было 6 спокойных недель (купленных их товарищами дорогой ценой под Брунете), и они не только изучили расположение противника, но и сформировали целый бронетанковый полк (20 танков «рено», 8 танков «трубия», построенных в Бильбао, и 20 бронеавтомобилей).
С помощью советских военно-морских советников А. П. Александрова и А. В. Крученых два республиканских эсминца «Сискар» и «Хосе Луис Диас» провели в середине июля операцию «Маятник» по прорыву морской блокады Сантандера. К тому времени около Сантандера и Хихона скопилось несколько судов с грузами для осажденного Севера. Путь в порты им преграждал мощный крейсер мятежников «Адмирал Сервера» и несколько канонерских лодок. Согласно разработанному плану «Сискар» вышел из Сантандера в направлении Хихона и за эсминцем сразу погнался крейсер мятежников. Когда оба корабля были уже далеко от Сантандера, второй эсминец легко разогнал канонерские лодки франкистов, и отконвоировал в порт транспорты с грузами. Получив сигнал SOS от своих канонерок, «Адмирал Сервера» прекратил преследование «Сискара» и вернулся к Сантандеру. А неуловимый «Сискар» проследовал дальше к Хихону, обратил в бегство два боевых корабля мятежников и провел в порт грузовые суда. И опять «Адмирал Сервера» помчался к Хихону, но было уже поздно. Операция «Маятник» полностью удалась и если бы у республиканских эсминцев было больше боеприпасов (имелось в наличии только 15–20 снарядов на орудие) и топлива, мятежники наверняка лишились бы своих канонерок (одна из них получила пару попаданий). Позднее неуловимый «Сискар» был потоплен немецким бомбардировщиком «хейнкель 111».
14 августа после артподготовки силами 300 орудий и авиаударов примерно такого же количества самолетов мятежники перешли в наступление. 15 августа произошел танковый бой, в котором итальянская дивизия «23 марта» потеряла в противостоянии со старыми «рено» и советскими бронеавтомобилями БА-6 два танка (всего в Сантандерской компании участвовали 5 рот танков «фиат»).
