Durante el transcurso de la contienda participó en la defensa de Madrid y en un gran número de batallas: Jarama, Guadalajara, Sur del Tajo, Garabitas, Brunete, etc. En diciembre de 1937, en plena batalla de Teruel, sería destituido como comisario de la 11.ª División y rebajado de graduación por el ministro de Defensa Nacional, Indalecio Prieto. En su lugar pasó a ejercer como comisario político de la 144.ª Brigada Mixta, durante algún tiempo. Esta destitución creó fuertes disensiones entre la dirección comunista y Prieto. No obstante, en la primavera de 1938 asumiría el puesto de comisario del V Cuerpo de Ejército, nuevamente a las órdenes de Líster. El propio Santiago Álvarez editaría "Acero", órgano de expresión del V Cuerpo. Desde este nuevo puesto tomó parte en la batalla del Ebro, donde tuvo un papel activo en la labor propagandística y moral.