Adquirió verdadera notoriedad al ser encargado de la defensa de un sector de la ciudad durante la batalla de Madrid, al mando de la 1.ª Brigada Mixta del EPR. Fue posteriormente el responsable de la 11.ª División, convirtiéndola en la más selecta unidad republicana, encargada de soportar los peores combates en las batallas de Guadalajara, Brunete, Belchite y Teruel. Las Brigadas bajo su mando constituían normalmente un batallón especial, entrenado para operaciones especiales en las líneas cercanas al frente y que ayudase en las operaciones de ruptura o defensa a ultranza para las que era requerido habitualmente. El avance nocturno en Brunete, que permitió ocupar la población y capturar al Estado Mayor enemigo en la zona, o la ruptura por sorpresa en Teruel, fueron dirigidos por Líster. Posteriormente se cuestionó el afán de Líster (así como el de otro líder militar de la República, Juan Modesto) de detener por completo el avance de las tropas republicanas para eliminar pequeños focos de resistencia, dando tiempo a las tropas sublevadas de reforzar sus defensas y rechazar exitosamente los ataques republicanos, como sucedió en Belchite.