Z początkiem lat 30. nauczyła się prowadzić samochód. W 1932 rozpoczęła naukę w Wyższej Szkole Wojskowej w Moskwie, gdzie mogła rozwijać swoje zainteresowania w zakresie motoryzacji. Szkołę ukończyła w 1936 i zgłosiła się na ochotnika do walki po stronie Republiki Hiszpańskiej w wojnie domowej. Do Hiszpanii dotarła w grudniu 1936 jako Polina Wołodina i przyłączyła się do oddziału bułgarskich komunistów w Walencji. Z uwagi na swoje umiejętności trafiła do sztabu brygady pancernej w Alcalá de Henares, gdzie objęła stanowisko zastępcy dowódcy ds. technicznych. Wzięła udział w bitwie pod Guadalajarą, gdzie pod ogniem nieprzyjaciela ewakuowała osiem czołgów, zdobytych wcześniej na oddziałach włoskich.