7 сентября 1937 года, встретив в назначенном месте транспорты, республиканская эскадра (2 крейсера и 7 эсминцев) наткнулась на лучший корабль флота мятежников крейсер «Балеарес» (полное водоизмещение 13200 тонн, длина 194 м, ширина 19,5 м, скорость — до 33 узлов, вооружение — 6 203-милиметровых орудий и 8 зенитных 120-милиметровых орудий, сильная броневая защита). В бой с «Балеарес» вступил крейсер республиканского флота «Либертад», спущенный на воду еще в 1925 году («Канариас», заложенный в 1928 году, был достроен уже после мятежа) и уступавший флагману мятежного флота по всем основным характеристикам (водоизмещение 9240 тонн, длина 176,6 м, ширина 16,6 м, реальная скорость не более 28 узлов, вооружение — 8 152-милиметровых орудий и 2 зенитки калибра 47 мм). Правда, в отличие от «Канариас» «Либертад» имел 12 533,4-милиметровых торпедных аппаратов (на «Канариас» они были предусмотрены, но так и не установлены). Экипаж «Либертад» составлял 566 человек, «Канариас» — 1100 человек.
Республиканский крейсер начал обстрел противника с дальней дистанции и уже через несколько минут два раза попал в «Балеарес» (сказались многомесячные боевые стрельбы под руководством советских советников), на котором едва не взорвался боекомплект. Тогда ему повезло, и флагман мятежников поспешно вышел из боя.
Новейшим крейсерам мятежников досаждали и бомбардировщики СБ. Еще 14 января 1937 года недалеко от Малаги в «Канариас» попала сброшенная с «катюшки» бомба ФАБ-100. 24 мая 1937 года «Канариас» опять получил такой же «подарок» на рейде порта Пальма-де-Майорка. Но уничтожить крейсера с воздуха никак не удавалось.
В конце 1937 — начале 1938 года командование республиканского флота стало практиковать ночные поиски, чтобы провести торпедные атаки против крейсеров мятежников. В ночь с 17 на 18 сентября 1937 года республиканским эсминцам попался «Балеарес», но тогда торпеды прошли мимо. Со своей стороны, получив от Италии 4 эсминца, командование мятежников стремилось навязать республиканской эскадре генеральное сражение на уничтожение, чтобы окончательно заблокировать средиземноморские порты республики. В ночь с 5 на 6 марта 1938 года эскадра мятежников в составе трех крейсеров (флагман «Балеарес»), четырех эсминцев и двух новых минных заградителей вышла с базы на Балеарских островах и направилась на поиск республиканского флота. В то же время в море вышел и республиканский флот (два крейсера и 9 эсминцев) с той же целью — обнаружить новые крейсеры мятежников «Балеарес» и «Канариас». В 0 часов 15 минут 6 марта республиканский эсминец «Санчес» засек эскадру мятежников и произвел по ней неудачный торпедный залп. В 2 часа 15 минут старые противники крейсеры «Либертад» и «Канариас» открыли артиллерийскую дуэль, и в это время подошедшие республиканские эсминцы «Антекера» и «Лепанто» выпустили по крейсеру мятежников «Балеарес» 8 торпед. Атаке помогло то обстоятельство, что «Балеарес» стрелял зажигательными снарядами и подавал световые сигналы, так что его силуэт четко вырисовывался в ночной темноте. Две торпеды (по-видимому, с «Лепанто») попали в «Балеарес», и на этот раз потушить загоревшийся боекомплект не удалось. Остальные корабли мятежников, опасаясь торпедных атак, ушли, бросив своего флагмана на произвол судьбы. Республиканцы также вернулись на базу, но выслали в район боя группу торпедных катеров и авиацию для преследования противника. «Балеарес» затонул вместе с командующим эскадрой адмиралом Вьерной и 700 членами экипажа. Около 400 моряков спасли подошедшие эсминцы английского флота. Республиканские самолеты, приняв их за корабли мятежников, нанесли по эсминцам бомбовый удар, убив одного английского моряка, но, к счастью, не причинив «кораблям Его Величества» большого вреда.
Сражение в ночь с 5 на 6 марта 1938 года, вошедшее в историю как битва у мыса Палос, стало единственным морским боем в испанской гражданской войне. К концу 1937 года более активно действовавший флот мятежников (опиравшийся к тому же на помощь немцев и итальянцев) сумел сильно ограничить средиземноморские коммуникации республики с СССР. Советским кораблям все чаще приходилось доставлять грузы во французские порты Гавр и Шербур, откуда по железной дороге оружие и другие материалы перебрасывались в Испанию. Начиная с октября 1937 года, этот маршрут стал единственно возможным. Но он всецело зависел от доброй воли французского правительства, постоянно подвергавшегося сильному давлению со стороны Лондона.