Получив предложение Франции о невмешательстве, заместитель наркома иностранных дел Н.Н. Крестинский докладывал Сталину: «Мы не можем не дать положительный или дать уклончивый ответ, потому что это будет использовано немцами и итальянцами, которые этим нашим ответом будут оправдывать свою дальнейшую помощь повстанцам».
Тем не менее 9 сентября 1936 года был создан Международный комитет по невмешательству, в который вошли 27 государств. В него вступили также Германия, Италия и СССР. Советскому Союзу и Испанской республике казалось, что если фашистские страны не будут помогать Франко, то республиканцы своими силами справятся с мятежом.
Однако всерьез «невмешательство» собирались выполнять только либеральные режимы, особенно Франция, перепуганная близостью к ее границам войны и революции. СССР способствовал закупкам оружия Испанской республикой через Чехословакию и Мексику. Германия и Италия перебрасывали в Испанию оружие, боеприпасы, военную технику и даже войска через Португалию.
24 октября 1936 года СССР заявил, что не может считать себя «связанным соглашением о невмешательстве в большей мере, чем любой из участников». Соглашение превратилось «в ширму, прикрывающую военную помощь мятежникам», и СССР будет считать себя свободным от обязательств, если немедленно не прекратится помощь Франко со стороны Германии и Италии. Первый пароход с советским оружием прибыл в Испанию 14 октября (десятью днями ранее советское оружие привез испанский пароход). С этого времени СССР, Германия и Италия вмешивались в конфликт в Испании практически открыто.
СССР поставил республике 806 самолетов, 362 танка, 120 бронемашин, 1555 орудий, 500 тысяч винтовок. Поставки советского оружия оплачивались за счет золотого запаса Испании, часть которого была направлена в СССР. Этот запас был исчерпан только к концу 1938 года, и лишь последние, уже нерегулярные, поставки были произведены «в кредит».
Вслед за оружием в Испанию стали прибывать и советские военные специалисты, а также сотрудники НКВД. Советских советников возглавлял Я.К. Берзин (псевдоним Доницетти), важную роль играл военный атташе В.Е. Горев (Санчо). В 19371938 годах главным военным советником был Г.М. Штерн, затем К.М. Качанов. Советником по авиации сначала был назначен Б.Ф. Свешников, по артиллерии Н.Н. Воронов, по танкам С.М. Кривошеин, по экономике А. Сташевский. В Испании работали и другие известные в дальнейшем советские военачальники, такие как П.И. Батов, Н.Г. Кузнецов, Г.И. Кулик, Р.Я. Малиновский, К.А. Мерецков, А.И. Родимцев и др. Всего через войну в Испании прошло порядка трех тысяч советских граждан.