尼古拉·沃罗诺夫化名为“伏尔泰将军”，作为炮兵专家和基里尔·阿法纳西耶维奇·梅列茨科夫、坦克兵专家德米特里·巴甫洛夫一起作为军事顾问被派往西班牙。他和梅列茨科夫刚到西班牙就参加了一次进攻，但却发现只有他们两人冒着敌人的射击向前，他们努力说服也无效。在西班牙内战中的经验，让沃罗诺夫关于未来战争中自己对炮兵的经验无效的想法是错的，他被授予列宁勋章和红旗勋章。1937年6月被召回莫斯科，1937年6月20日起担任苏联红军炮兵主任，开始建立苏军炮兵的战争动员制度，推行炮兵的现代化过程，1937年11月他给伏罗希洛夫