Durant la Guerra Civil, Matilde Cantos va ajudar en l'organització de la intendència en el setge de Madrid i va recórrer el front animant als combatents. Va participar al costat de Rafael Alberti i Miguel Hernández en els mítings que els milicians de la cultura van organitzar a la capital d'Espanya. El 1937 va encapçalar la delegació del PSOE al Congrés Mundial de Dones contra la Guerra i el Feixisme, celebrat en París. Com a membre del Govern republicà va sofrir les vicissituds d'aquest i va haver de traslladar-se a València i després a Barcelona. En aquesta última ciutat va ser nomenada el 1938 Inspectora General de Presons i directora de l'Institut d'Estudis Penals.