Tras el golpe de estado en España de julio de 1936, dio comienzo la Guerra Civil Española y Matallana se mantuvo fiel a la República, ocupando en los primeros meses de la contienda diversos puestos burocráticos de poca importancia. El 21 de mayo de 1937 sustituyó a Vicente Rojo en la jefatura del Estado Mayor del Ejército del Centro, aunque volvió a colaborar con él nuevamente a propósito de la planificación de la Ofensiva de Brunete. En septiembre del mismo año fue ascendido a Coronel.