Após a sublevação franquista, Varela integra-se no Quinto Regimento de Milícias Populares, afilia-se ao PCE e colabora ativamente na "Alianza de Intelectuales Antifascistas" (AIA) em trabalhos de propaganda e agitação. Colabora na fundação da revista "El Mono Azul" e escreve crónica de guerra no jornal "Ahora" e na revista "Hora de España". Em 1937, três dos seus poemas aparecem na antologia republicana "Poetas en la España leal" junto com outros de Antonio Machado, Luis Cernuda, Rafael Alberti ou León Felipe. Nesse mesmo ano, participa no Segundo Congresso Internacional de Intelectuais Antifascistas em Valencia, onde estão presentes também Pablo Neruda, Nicolás Guillén, Ernest Hemingway, César Vallejo, Raúl González Tuñón, Octavio Paz, André Malraux ou Louis Aragon. Participa também ativamente nas batalhas de Madrid, Guadalajara, Brunete, Teruel e Ebro, com responsabilidades de mando frequentemente ligadas às Brigadas Internacionais e como comissário da 46 Divisão do Quinto Corpo do Exército, comandada polo galego Enrique Líster.