La primera batalla importante del CTV se produjo en marzo de 1937, cuando se decidió atacar a las fuerzas republicanas en la Batalla de Guadalajara. Una fuerza compuesta por unos 35.000 hombres y 81 tanques atacó el 8 de marzo de 1937. Al no tener en cuenta las condiciones meteorológicas del campo de batalla, al día siguiente las tropas italianas se encontraron atacando sobre un terreno que se había convertido en barro debido a las fuertes lluvias. La lentitud del avance permitió a la Fuerza Aérea republicana atacar constantemente sobre el avance de las fuerzas italianas, dispersando columnas enteras en las carreteras principales y obligándolas a pararse en el barro. Un contraataque republicano el 18 de marzo, dirigido por la brigada blindada de Pavlov, obligó a los italianos a retirarse. Además la aviación de los nacionales no pudo proporcionar apoyo aéreo cercano a las tropas italianas porque las pistas de aterrizaje estaban inundadas. Por su parte, los blindados italianos demostraron no ser rival para los tanques T-26 y BT-5, más pesados y rápidos. Oficialmente, los italianos perdieron unos 2.700 soldados durante la campaña cerca de Guadalajara, mientras que las bajas del Ejército Republicano se estiman en 4.000. Según otras fuentes las pérdidas del CTV se estiman en 5.000 bajas durante la batalla. Sin embargo, las pérdidas de blindados resultaron relativamente bajas, ya que los republicanos perdieron 7 T-26 y los italianos 19 CV-33. A pesar de este revés inicial, el Régimen de Mussolini continuó el suministro de personal y equipo al CTV en España, y a finales de 1938 el cuerpo de voluntarios italianos fue equipado con tres batallones de tanques. Al finalizar la guerra habían sido enviados a España un total de 155 CV-33.