Pada tanggal 17 April 1961, 1.400 orang Kuba di pengasingan yang dilatih oleh Amerika Serikat melancarkan Invasi Teluk Babi. Guevara tidak memainkan peranan penting selama pertempuran, karena sehari sebelum dimulainya serangan, sebuah kapal perang yang mengangkut para marinir melancarkan serangan bohong-bohongan ke pesisir barat Pinar del Río, sehingga perhatian pasukan yang dipimpin oleh Guevara pun teralih ke wilayah tersebut. Namun, para sejarawan masih tetap menghargai jasanya karena ia merupakan direktur pengarahan angkatan bersenjata Kuba pada masa itu. Penulis Tad Szulc dalam upayanya untuk menjelaskan kemenangan Kuba menyatakan bahwa "Para revolusioner menang karena Che Guevara, sebagai kepala Departemen Pengarahan Angkatan Bersenjata Revolusioner yang mengurus program pelatihan milisi, telah melakukan tugasnya dengan baik dalam menyiapkan 200.000 pria dan wanita untuk berperang." Namun, selama proses pengerahan pasukan, pipi Guevara sempat terserempet peluru saat pistolnya jatuh dari tempat penyimpanannya dan secara tak sengaja tertembak.