Cuando a comienzos de marzo de 1938 comenzó la ofensiva franquista en Aragón, desde el frente del Centro partió una reforzada 3.ª División al mando del mayor de milicias Manuel Tagüeña y en la que estaba incorporadas la 31.ª y 33.ª brigadas mixtas. El 18 de marzo la 31.ª BM llegó al frente de combate y, al día siguiente sus fuerzas relevaron a la desgastada 209.ª Brigada mixta en Torrevelilla. Iba a ser en esta localidad donde los hombres de Tagüeña, con el apoyo de la 11.ª División de Líster, lograron detener el avance del italiano Corpo Truppe Volontarie (CTV). Sin embargo, la ofensiva enemiga se renovó y el 31 de marzo la brigada se vio forzada a retirarse, aunque la unidad logró retardar considerablemente el avance enemigo. La unidad se retiró hacia la zona de Gandesa, estableciendo dos batallones en Pinell y otro que se situó junto al Ebro para defender el puente de Mora de Ebro. Tras verse obligada a cruzar el río, hacia el 13 de abril la brigada fue relevada por elementos de la 45.ª División Internacional.