3 ноября в 6 часов 30 минут утра группировка Бурильо пошла в наступление. Командир взвода танков, плохо ориентируясь на местности, проскочил Вальдеморо и потерял два Т-26 из-за технических неполадок. Пришлось вернуться за помощью для их отбуксировки. В это время другие танки по шоссе шли на Вальдеморо и нарвались на огонь трех батарей противника. Республиканская пехота провожала советские танки криками «Вива Русиа!», но с места не двигалась, ожидая, когда танкисты подавят все огневые точки противника. Кривошеин с отставшими танками попытался прорваться на Вальдеморо в обход пристрелянного шоссе по лощине, но и там танкистов накрыла артиллерия мятежников, подбив еще два танка. Посланная на отбуксировку сломавшихся утром двух машин Т-26 группа, не выполнила задачу и сама лишились одного танка. Следует отметить, что в боях участвовали уже испанские экипажи, десятидневная подготовка которых, конечно, была явно недостаточной. Например, один танкист жаловался, что пушка не стреляет, а она была просто не снята с предохранителя.
На направлении Торрехон-де-Веласко дела развивались успешнее. Пехота не отставала, и к вечеру 3 ноября город был окружен и захвачен. В качестве трофеев были отбиты у франкистов пять орудий. Но, расположившись на ночлег, республиканцы не выставили охрану (вообще, в годы гражданской войны обе стороны старались не воевать ночами и строго соблюдали обеденный перерыв, чем вызывали изумление советских военных советников). Этой же ночью в город неожиданно ворвались марокканцы и забросали танки гранатами. Один танковый взвод был уничтожен практически полностью, и Торрехон-де-Веласко пришлось вновь оставить врагу.
4 ноября наступление продолжалось без особых успехов, и к 14–00 был получен приказ бросить лучшие пехотные части непосредственно для обороны Мадрида. Таким образом, и этот фланговый контрудар республиканцев не достиг успеха. Наученные опытом Сесеньи мятежники подтянули большое количество противотанковой артиллерии. И хотя взаимодействие танков и пехоты у республиканцев стало лучше, оно еще было далеко от совершенства.
Приказ о переброске всех боеспособных сил непосредственно к Мадриду был вызван тем, что 4 ноября Варела взял аэродром и населенный пункт Хетафе, находящийся в 13 километрах от центра Мадрида. Генерал Мола на пресс-конференции заявил, что отпразднует в городе 19-ю годовщину столь дорогой коммунистам русской революции, и порекомендовал «республиканским шутникам» приготовить ему чашку кофе, которую он выпьет на главной мадридской площади Пуэрта-дель-Соль («Ворота солнца»), не слезая с белого коня. После этого генерал должен был обратиться к мадридцам с краткой речью: «Я — здесь». Уже были назначены мэр и префекты мадридских округов, а в кафедральном соборе Мадрида был заказан благотворительный молебен «по случаю победы над врагом». Фалангисты уже наметили здания под свои организации. Мола рассчитывал и на удар с тыла «пятой колонны». Ведь на выборах в феврале 1936 года против Народного фронта голосовало 45 % мадридцев и к ноябрю около 20 тысяч врагов республики сидели в иностранных посольствах, готовясь встретить «освободителей». Многие из «сидельцев» были вооружены.
2 ноября 1936 года коммунисты объявили: «Мадрид в опасности» и начали поголовную мобилизацию членов партии на фронт. Не отставала и Объединенная социалистическая молодежь (ОСМ). На многих его районных отделениях, как и в России 1918–1919 годов, висели таблички «Закрыто. Все ушли на фронт». Из 23 тысяч коммунистов Мадрида на передовой находилась 21 тысяча.
А Кабальеро в это время пытался вовлечь в правительство анархистов, чтобы НКТ и ФАИ разделили с ним ответственность в эту тяжелейшую для республики минуту. И вот, 4 ноября 1936 года, был объявлен новый состав кабинета, в который вошли 7 социалистов. 4 анархиста (министры юстиции, промышленности, торговли и здравоохранения), три левых республиканца, два коммуниста и по одному представителю от Страны басков и Каталонии. Анархо-синдикалистам стоило больших трудов объяснить своим последователям такую странную метаморфозу: ярые противники государства вдруг стали его министрами. Было сказано, что нынешнее государство в Испании уже перестало быть инструментом эксплуатации. Впрочем, много объяснять было и не нужно. Массы анархистов понимали, что время распрей по теоретическим вопросам прошло, и надо был сделать одно — отстоять Мадрид. Президента Асанью, покинувшего столицу еще 22 октября, правда, пришлось уговаривать согласиться на назначение анархистов. В конце концов, глава государства махнул рукой — он все равно уже не верил в победу.