Etter drapet på Mella dro Vidali og Tina Modotti til Spania under der den spanske borgerkrigen hadde brutt ut og hvor representanter for den valgte regjeringen kjempet mot fascismen ledet av Francisco Franco. I Spania kom Vidali inn i ledelsen av den fraksjonen av de internasjonale brigadene som var motstandere av Lev Trotskij og som støttet Komintern og Josef Stalin. Vidali antas å ha stått bak drap på svært mange anti-stalinistiske kommunister og sosialister i samarbeid med en annen av NKVDs agenter, Iosif Romualdovich Grigulevich. Som et resultat av dette, ble Vidali både fryktet og hatet av en voksende skare av europeiske venstreorienterte.