En enero de 1937 fue nombrado comandante de la 68.ª Brigada Mixta, en el Frente de Madrid, participando de forma destacada en la Batalla de Brunete. Posteriormente participó en la Batalla de Teruel, al mando de la 34.ª División (integrada dentro del XVIII Cuerpo de Ejército), y en la del Ebro, al mando del XII Cuerpo de Ejército. Ascendería al límite de su carrera militar con el grado de teniente coronel. Al producirse la caída de Cataluña en febrero de 1939, Vega pasó a Francia, pero regresó inmediatamente a la zona centro-sur, al igual que hizo el gobierno y la totalidad de la dirección comunista.