Al mando de esta brigada participó en la Segunda batalla de la carretera de La Coruña, donde la unidad tuvo fuertes bajas. Posteriormente participaría, junto a Enrique Líster, en la derrota de los fascistas italianos durante la Batalla de Guadalajara. Después de esta batalla dejó la dirección de los voluntarios internacionales y a mediados de 1937 se convirtió en el comandante en jefe de la 17.ª División, siendo de los pocos "internacionales" que mandó una unidad española del Ejército regular. Desde octubre de 1937 estuvo al mando de la 45.ª División internacional, volviendo a sustituir a Kléber una vez más. En el verano de 1938, todavía al mando de la 45.ª División, participó activamente en la Ofensiva del Ebro.