חילות האוויר משני הצדדים לקחו לכל אורך שנות המלחמה חלק משמעותי, באופן שלא היה כמוהו באף עימות צבאי עד אז. הם מילאו מגוון משימות לרבות סיוע אווירי קרוב לכוחות היבשה, הפצצת נכסים של האויב, תובלה אווירית, ומעל הכל ניהלו אינספור קרבות אוויר יומיומיים כנגד מטוסי האויב. חידוש משמעותי בלוחמה האווירית בספרד היה בהפצצות אוכלוסייה אזרחית, מדיניות בה נקטו הלאומנים באופן נרחב בשלבים שונים של הלחימה. בשנות המלחמה הופצצו עשרות ערים שנשלטו על ידי הרפובליקנים, וכתוצאה מכך הרס רב נגרם ואלפי אזרחים נהרגו. ככלל נועדו ההפצצות לפגוע ברוח הלחימה של הרפובליקנים. דוגמה קיצונית לכך הייתה בהפצצת גרניקה שהפכה לאחד מסמלי המלחמה כולה.