A mediados de octubre recibió el mando de la 2.ª Brigada Mixta, que se formó en Ciudad Real a partir de milicias extremañas, milicias ferroviarias, y fuerzas militares de la guarnición de Madrid. Al frente de esta unidad participó en la Defensa de Madrid, especialmente durante la Batalla de la Ciudad Universitaria de Madrid. Después de haber intervenido en un gran número de combates la brigada quedó deshecha y tuvo que ser reorganizada. Entre el 9 y el 14 de abril de 1937 la 2.ª BM participó en varios asaltos contra el Cerro Garabitas de los cuales salió con numerosas bajas, entre ellas el comandante de la brigada, Martínez de Aragón, que falleció. A su muerte sería reemplazado por el jefe de uno de los batallones, el mayor de milicias José Gallego Pérez.