La 31.ª División pasó a cubrir las posiciones defensivas del frente del Segre. El 29 de diciembre de 1938, al comienzo de la campaña de Cataluña, sus posiciones fueron duramente atacadas por la 150.ª División franquista, viéndose empujada hacia la retaguardia. A partir del 2 de enero de 1939 pasó a quedar adscrita al XI Cuerpo de Ejército. No obstante, la división no fue capaz de frenar la ofensiva franquista y emprendidó la retirada hacia la frontera francesa junto a otras unidades republicanas.