In questa spedizione rivestì un ruolo di discreta rilevanza, soprattutto dopo che rimase ferito a un braccio durante l'attacco a Malaga, che concluse con una vittoria e con la cattura di circa 10 000 prigionieri repubblicani; in seguito Roatta divenne generale di brigata. Nel marzo del 1937 subì una dura sconfitta a Guadalajara contro la XII Brigata internazionale, comprendente il Battaglione Garibaldi, formato quasi prevalentemente da volontari italiani antifascisti. Poco tempo dopo il suo ruolo fu ridimensionato e il comando dei volontari fu assunto dal generale Ettore Bastico.