Després del cop d'estat a Espanya de juliol de 1936, va donar començament la Guerra Civil Espanyola i Matallana es va mantenir fidel a la República, ocupant en els primers mesos de la contesa diversos càrrecs burocràtics de poca importància. El 21 de maig de 1937 va substituir Vicent Rojo en la prefectura de l'Estat Major de l'Exèrcit del Centre, encara que va tornar a col·laborar amb ell novament a propòsit de la planificació de l'Ofensiva de Brunete. Al setembre del mateix any va ser ascendit a coronel.