על הנחיתות המספרית של הלאומנים בכלי טיס, פיצו עד מהרה איטליה וגרמניה שנכנסו לתמונה. שני המשטרים הפאשיסטים כבר בחודש הראשון למלחמה החלו לשלוח טייסים וכלי טיס על מנת לתגבר את חיל האוויר הלאומני. תחילה הם שלחו בעיקר מטוסי תובלה לרבות יונקרס Ju 52 על מנת לסייע ללאומנים להעביר את כוחותיהם ממרוקו הספרדית לספרד גופא. בהמשך היו אלו כמויות גדולות של מטוסים, ששיחקו תפקיד מכריע בשלב מוקדם זה של המלחמה. במיוחד הייתה יעילה התרומה של הגרמנים למאמץ המלחמתי של הלאומנים. הגרמנים הפעילו כלי טיס פרי התעשייה האווירית הגרמנית שנחשבו למתקדמים ביותר מסוגם. בלטו במיוחד המסרשמיט Bf 109 והיינקל He 111, שטיסות הבכורה שלהם נערכו כשנה בלבד בטרם פרוץ המלחמה. הצוותים שהפעילו אותם היו מקצועיים ומאומנים היטב, ועבורם ספרד הייתה מקום מתאים לרכוש בו ניסיון קרבי. מספר חודשים לאחר פרוץ המלחמה שתי המדינות מיסדו את חילות המשלוח שלהם. ביולי הקימה גרמניה את לגיון הקונדור (Legion Condor) שהתבסס בעיקר על הלופטוואפה, ובעקבותיה בדצמבר השיקה איטליה את לגיון האוויר האיטלקי (Aviazione Legionaria).
בדומה ללאומנים גם הרפובליקנים פנו לעזרה מתומכיהם מעבר לים, לברית המועצות. במקביל לפניה לעזרה הם החלו להכשיר באופן חפוז מאות טייסים חדשים על מנת להתמודד עם המחסור החריף בכוח אדם מיומן. לברית המועצות היה תפקיד חשוב במאמצי הרפובליקנים לגשר על פער זה. במסגרת זאת לאורך המלחמה הם הכשירו 800 טייסים ספרדים, ומאות מהם אף נשלחו ללימודי טיסה בברית המועצות. לצורך זה הקימו הסובייטים בית ספר לטיסה ייעודי בגנג'ה שבאזרבייג'ן, וכמאתיים חניכים ראשונים התחילו בו הכשרות ואימונים בפברואר 1937. לכל אורך שנות המלחמה הוכשרו במקום 413 טייסים ספרדים, ששבו לאחר לימודיהם למולדתם לקחת חלק בלחימה. לצד ההכשרה של טייסים ספרדים תרומתה העיקרית של ברית המועצות לרפובליקנים הייתה בשליחה של מאות טייסים וכלי טיס לספרד במהלך המלחמה. משלוח ראשון הגיע באוקטובר 1936, ובסוף נובמבר אותה השנה כבר פעלו כ-300 טייסים סובייטים בשמי ספרד. הגעתם של הטייסים הסובייטים היטתה מחדש את מאזן הכוחות האווירי לטובת הרפובליקנים, והביאה לאופטימיות רבה בקרבם. חיל האוויר הסובייטי שיחק תפקיד מכריע בקרבות סביב מדריד במרץ 1937, שם הגיע לשיא כוחו. אך בעוד הסובייטים שולחים עוד מטוסים וטייסים למלחמה, גרמניה ואיטליה הרחיבו גם הן את המעורבות שלהם בלחימה. כתוצאה מכך, במהלך 1937 איבדו הסובייטים את ההובלה באוויר תוך שהטייסים הסובייטים סובלים מאבדות רבות בקרבות עם הגרמנים והאיטלקים. בחודשים הבאים צמצמו הסובייטים את משלוחי הנשק לספרד, והצרו את המעורבות שלהם במערכה האווירית. מעתה ואילך הלאומנים בדרך כלל נהנו מעליונות אווירית.
חילות האוויר משני הצדדים לקחו לכל אורך שנות המלחמה חלק משמעותי, באופן שלא היה כמוהו באף עימות צבאי עד אז. הם מילאו מגוון משימות לרבות סיוע אווירי קרוב לכוחות היבשה, הפצצת נכסים של האויב, תובלה אווירית, ומעל הכל ניהלו אינספור קרבות אוויר יומיומיים כנגד מטוסי האויב. חידוש משמעותי בלוחמה האווירית בספרד היה בהפצצות אוכלוסייה אזרחית, מדיניות בה נקטו הלאומנים באופן נרחב בשלבים שונים של הלחימה. בשנות המלחמה הופצצו עשרות ערים שנשלטו על ידי הרפובליקנים, וכתוצאה מכך הרס רב נגרם ואלפי אזרחים נהרגו. ככלל נועדו ההפצצות לפגוע ברוח הלחימה של הרפובליקנים. דוגמה קיצונית לכך הייתה בהפצצת גרניקה שהפכה לאחד מסמלי המלחמה כולה.
חילות הים.
עם פרוץ המלחמה עשו הצדדים מאמצים נרחבים להשתלטות מהירה על נמלי הים ובסיסי הצי הספרדי במטרה לרכוש שליטה על כלי השיט של המדינה. כבר בימים הראשונים הלאומנים תפסו שלושה בסיסים ימיים חשובים: פרול, קדיס ואלחסירס. הרפובליקנים נשארו עם שני בסיסי צי בלבד: קרטחנה ומאון שבאי מנורקה. על אף שלבסיסים של הרפובליקנים היו תשתיות מוגבלות בלבד לעומת אלו של הלאומנים, הם פיצו על כך עם שליטתם בכל נמלי הים האזרחיים הגדולים של ספרד: ברצלונה, ולנסיה ובילבאו. כתוצאה מכך החזיקו הרפובליקנים גם בשני שלישים מצי הסוחר הספרדי. צי המלחמה הספרדי לא התחלק באופן שווה, ורוב כלי השיט נפלו לידי הרפובליקנים. שתי אוניות המערכה של הצי התחלקו בין הצדדים, אחת לכל צד. שתי הסיירות הכבדות היחידות של הצי, שהיו עדיין בבנייה בתחילת המלחמה אבל הוכיחו את נחיצותם בהמשכה, נפלו לידי הלאומנים. כלל המשחתות, 14 במספר, למעט אחת, נפלו לידי הרפובליקנים. בדומה לכך גם כל 12 הצוללות של הצי הוחזקו בידי הרפובליקנים.
למרות יתרונם הברור של הרפובליקנים בכמות ובאיכות כלי השיט, שורה של בעיות הרעו את מצבם. על אף שרוב החיילים ששירתו בחיל הים עמדו לימין הרפובליקה (13,000 לעומת 7,000 ששירתו בצי הלאומני), מרבית קציני הצי הצטרפו ללאומנים, בדומה לרוב קציני הצבא וטייסי חיל האוויר. קצינים אחרים שלא הצטרפו למרד סבלו מחשדות באשר למושא נאמנותם האמיתי ונחשדו בבגידה. התגובה של הרפובליקנים הייתה מעצרים והוצאות להורג של רבים מהם. מעריכים כי 230 מתוך 675 קציני הצי שהיו בשירות פעיל נהרגו במהלך החודשים הראשונים למלחמה. קצינים רבים אחרים הודחו. המחסור של הרפובליקנים בשורות הקצונה הבכירה היה חמור עוד יותר. מתוך 19 אדמירלים בצי הספרדי, שניים בלבד עמדו לשירות הרפובליקה. לעומת הרפובליקנים, הצי הלאומני שסבל ממחסור בכלים וכוח אדם היה מאורגן היטב, זכה בפיקוד איכותי ושמר על יוזמה לכל אורך שנות המלחמה. הרפובליקנים, שתפקודם נפגע עקב המחסור בפיקוד איכותי וארגון אפקטיבי, הצליחו לאורך המלחמה לשפר את ביצועיהם ואף לקצור כמה הצלחות מוגבלות. עם זאת, הם נכשלו בשאיפותיהם לבסס עליונות ימית.
עבור שני הצדדים השליטה בנמלי הים ובנתיבי הסחר בים התיכון ובאוקיינוס האקטלנטי הייתה קריטית לשם הבטחת המשך שרידותם. ללא שליטה בים ידעו הצדדים כי יתקשו לקלוט נשק, מתנדבים ומשאבים חיוניים ממדינות ידידותיות. לכן, על אף יחסי הכוחות השליליים עבור הלאומנים, הם שמרו לכל אורך שנות המלחמה על יוזמה. למעשה לאורך רוב שנות המלחמה לא נרשמו קרבות ימיים משמעותיים בין הצדדים, ואלו התמקדו בסיוע לקרבות ביבשה ובחסימת דרכי הסחר של היריב. בחודשים הראשונים למלחמה הצליח הצי הרפובליקני לקצור הישג חשוב. הוא השתלט על מצר גיברלטר ובכך ניתק את מרוקו הספרדית משאר האזור הלאומני. עם זאת, בספטמבר 1936 הצליח הצי הלאומני לרכז כוח ימי במיצרים ולהסיר את השליטה הרפובליקנית עליהם.
כאמור הצי הרפובליקני לא השכיל לנצל את יתרונו הכמותי במהלך המלחמה. מנגד, על אף שיחסי הכוחות בים תמיד היו לטובת הרפובליקנים, הלאומנים הצליחו לשפר אותם באמצעות בנייה של ספינות חדשות ורכישת כלי שיט ישנים מהאיטלקים. במהלך 1937 קיבל הצי הלאומני של ארבע משחתות ושתי צוללות מאיטליה. עם זאת, איכותם של כלי שיט אלו הייתה נמוכה ותרומתן לצי הלאומני נחשבה לשולית. במהלך כל שנות המלחמה הלאומנים השיקו 7 ספינות חדשות, מתוכן שתי סיירות כבדות, לעומת הרפובליקנים שבמהלך המלחמה השלימו את ייצורן של שתי משחתות בלבד. בנוסף להתרחבות הצי, הלאומנים זכו גם לסיוע הולך וגובר של ציים ידידותיים. לאורך רוב מהלך המלחמה למעלה ממחצית כלי השיט של הצי הגרמני פעלו בספרד בכל זמן נתון, כולל שתיים משלוש אוניות המערכה מסדרת דויטשלנד, 6 סיירות וארבע צוללות. בנוסף לפעילות הצי הגרמני, צוללות איטלקיות העניקו תמיכה סמויה חשובה ללאומנים כבר בשלבים הראשונים של המלחמה. תחילה הנוכחות הצי האיטלקי והגרמני שימשה לפינוי אזרחיהם מספרד, אך בהמשך הם ביצעו מגוון משימות שנועדו לתמוך במאמצי הלאומנים, בעיקר מבחינה טכנית ולוגיסטית. הרפובליקנים זכו אף הם לתמיכה חיצונית שהעניקה להם ברית המועצות. עם זאת, התמיכה הסובייטית הימית הייתה מוגבלת והסתכמה בעיקר בשליחת יועצים וציוד צבאי.
הזירה הדיפלומטית.
מלחמת האזרחים עוררה במדינות רבות באירופה חילוקי דעות באשר לעמדה שיש לנקוט ביחס למלחמה. כבר בשלב מוקדם גרמניה ואיטליה נעמדו לצד הלאומנים, וברית המועצות לצד הרפובליקנים. מדינות אלו תמכו בצדדים הלוחמים דיפלומטית וצבאית, תוך שהן שולחות לספרד אמצעי לחימה, ציוד אספקה ומתנדבים במטרה לקחת חלק בלחימה. במובן הזה מלחמת האזרחים דמתה יותר ויותר למלחמת פרוקסי בין כמה מהמעצמות הגדולות. לצד המעצמות, מדינות אחרות העניקו גם כן תמיכה מוגבלת למי מהצדדים, בעיקר דיפלומטית. כאלו היו פורטוגל וקריית הוותיקן שאהדו את הלאומנים, ומקסיקו שצידדה ברפובליקנים. רוב מדינות אירופה, בראש ובראשונה צרפת ובריטניה, הכריזו על נייטרליות ומדיניות של אי-התערבות.
כבר בימים הראשונים לפרוץ המלחמה, פנתה ממשלת החזית העממית הרפובליקנית לצרפת בבקשה למתן סיוע חוץ. שכנתה הצפונית של ספרד נשלטה באותה התקופה על ידי ממשלת החזית העממית בראשות לאון בלום. ספרד קיוותה שצרפת תיראה אותה כבת ברית טבעית, תוך דגש על שייכותן של שתי המדינות לשמאל הדמוקרטי האירופאי. התגובה הצרפתית הראשונית הייתה חיובית, וממשלת בלום החלה לשלוח לספרד כלי נשק קלים, כלי טיס אחדים וציוד חיוני.