Con un prestigio acrecentado, en marzo de 1937 fue nombrado coronel y en mayo, tras la formación del gobierno Negrín, jefe del Estado Mayor Central de las Fuerzas Armadas y . Desde este nuevo empleo se encargó de dirigir la expansión del Ejército Popular, y creó el denominado Ejército de Maniobra, que debía servir de avanzadilla ofensiva del Ejército Republicano. En marzo de 1937 se comenzaba las ofensivas por el Norte y el primer objetivo de las tropas sublevadas fue Bilbao. Rojo propone un cambio de estrategia y recomienda pasar a la ofensiva y uno de los objetivos iniciales era lograr el cerro Garabitas desde el que se castigaba Madrid. Se movilizaron varias divisiones y diversos carros de combate (T-26 soviéticos) así como aviación y artillería y el 10 de abril comenzó la ofensiva, la ejecución se hizo acorde con los planes pero la lucha encarnizada causó tantas bajas que algunos comandantes se retiraron (entre ellos Líster) y el día 14 la operación se suspendió con un balance de 1500 soldados republicanos muertos y las tropas franquistas mantuvieron sus posiciones iniciales anteriores a la operación. La primera ofensiva del Estado Mayor de Rojo había sido un fracaso. El 23 de abril se disuelve la Junta de Defensa de Madrid y tras su ascenso a coronel se le destina Valencia, al Estado Mayor Central. En una reunión de Estado Mayor propuso una ofensiva que cumpliera cuatro puntos: descongestionar Bilbao, reducir el saliente de Teruel y crear una amenaza sobre Zaragoza, alejar al enemigo del Manzanares y cortar por Extremadura las comunicaciones en eje Norte-Sur. El primero de los puntos no pudo lograrse debido a que el 19 de junio Bilbao cayó, los otros sufrieron demoras.