L'efficacité des brigades mixtes ne fut que progressive. L'arrivée des chars et des avions soviétiques permit d'équiper en armement récent les forces croissantes de la république. Cependant, lors des combats de la Sierra de Madrid, ce sont les milices encore existantes qui arrêtèrent les troupes nationalistes, tandis que les unités des brigades mixtes n'offraient qu'une faible résistance. La première et la troisième brigades mixtes entrèrent au combat précipitamment lors de la bataille de Madrid, dans laquelle les partis et les syndicats mobilisèrent tous les hommes disponibles, afin de soutenir l'armée. On y vit ainsi des bataillons formés intégralement de coiffeurs ou de cheminots qui n'avaient encore jamais tenu un fusil.