Авиаразведка республиканцев и сведения перебежчиков уже в 20-х числах января позволяли сделать вывод, что мятежники затевают к югу от Мадрида новое генеральное наступление. Но все предупреждения не могли остановить Кабальеро, уверенного в своем триумфе. Между тем, и франкисты узнали о готовящемся наступлении республиканцев, и решили упредить их, даже нарушив единство действий со своей северной группировкой (к началу февраля она еще не успела сосредоточиться).
Всего под общим командованием Варелы (непосредственно прорыв осуществлял Оргас) в бой готовились вступить 40 тысяч бойцов, разделенных на три колонны (в каждой 5–6 полков и по 10–20 танков), 180 орудий, 50 танков и 150 самолетов.
На первый взгляд, удар наносился в неподходящей местности. В тылу у республиканцев была река Харама (через которую, правда, было несколько мостов, в том числе железнодорожных), а дороги в районе боевых действий не имели твердого покрытия и ранней весной затрудняли быструю переброску войск. Но франкисты, собрав доселе небывалую по мощи группировку, надеялись быстро захватить мосты через Хараму, форсировать ее и перерезать шоссе Мадрид-Валенсия. Как всегда, костяк всех трех ударных колонн составляли марокканцы и бойцы Иностранного легиона. Новинкой был добровольческий батальон ирландских националистов (т. н. «синие рубашки», около 600 человек), практически полностью уничтоженный в дальнейшем сражении.
У республиканцев на западном берегу Харамы не было укреплений, так как они сами готовились наступать. В первых числах февраля две бригады Народной армии (18-я и 23-я) в качестве авангарда будущей ударной группы заняли позиции на западном берегу. В них было по 4 полноценных батальона (правда, батальон мятежников был, как правило, по численности в два раза больше республиканского), но приданные им артиллерийские батареи еще не подошли.
6 февраля, после короткой артподготовки мятежники двинулись в наступление, намереваясь захватить мосты через Хараму. Несмотря на то, что республиканцы еще не успели освоиться в новом для них районе, они оказали ожесточенное сопротивление, но к ночи под угрозой окружения обе бригады были отведены на восточный берег Харамы. Опять плохо показало себя высшее республиканское командование (Посас), ничем не поддержавшее две бригады на западном берегу, хотя в тылу стояло 6 бригад, подготовленных для наступления.
К северу от фронта наступления мятежников протекала река Мансанарес, что давало республиканцам отличную возможность нанести Оргасу фланговый удар, опираясь на водную преграду. В излучине Мансанареса и Харамы находился и крайне важный стратегически городок Васиамадрид, из которого можно было держать под обстрелом шоссе Мадрид — Валенсия. Республиканское командование несколько укрепило войсками этот район, но основное внимание его было приковано к вышедшей на берега Харамы группировке Оргаса. Поднятые по тревоге, к Хараме перебрасывались XII-я интербригада (состоявшая к тому времени большей частью из немцев и австрийцев) и несколько испанских бригад.
7 февраля мятежники атаковали переправы через Хараму, но были отбиты. Тогда 8 февраля Оргас перенес удар в излучину двух рек и силами до шести батальонов захватил ее, вместе с городом Васиамадрид. Ночью четыре батальона республиканцев из разных бригад контратаковали, но мятежники уже успели не только отрыть окопы, но и натянуть колючую проволоку, перед которой новобранцы, как правило, пасовали.
9 и 10 февраля мятежники приводили себя в порядок и готовились к форсированию Харамы. Республиканцы не уничтожали мосты через реку, видимо, все еще имея в виду свое генеральное наступление. Охрану мостов поручили нескольким ротам интербригад. В ночь на 11 февраля только что прибывший на охрану моста Пиндок франко-бельгийский батальон им. А. Марти был внезапно атакован марокканцами, перебившими штыками и кинжалами целую роту в составе 126 человек, из которой смогли спастись только шесть бойцов. Мятежники быстро перебросили на восточный берег четыре батальона, более 10 танков и стали расширять плацдарм. В пять вечера две интербригады (XI-я и XV-я) при поддержке танков провели контратаку. Танки дошли до моста, но пехота отстала, и мятежники сохранили свой плацдарм на восточном берегу Харамы глубиной в 3 километра.
Ночью франкисты навели понтонный мост и к утру 12 февраля переправили через реку 9 батальонов, 40 орудий и 15–20 танков. Новая атака интербригад при поддержке танков на этот раз закончилась серьезной неудачей: огнем немецких противотанковых пушек было подбито 7 танков. В тот же день мятежники захватили еще одну переправу через Хараму и расширили свой плацдарм на восточном берегу, составлявший 8 километров по фронту и 2–3 километра в глубину.
Неприятностью для Франко стало господство в воздухе республиканской авиации. Мятежники уже не могли по несколько раз в день бомбить позиции противника: советские истребители сразу же поднимались на перехват. В воздушных боях участвовало сразу до ста машин. 12 февраля 1937 года было сбито 7 самолетов мятежников, и ВВС республики были впервые в войне направлены для штурмовых ударов по частям мятежников. До этого такой вид использования авиации почти не применялся. Дело ограничивалось бомбежкой аэродромов и транспортных узлов и предотвращением бомбовых ударов противной стороны.
В сражении при Хараме получили боевое крещение советские зенитные 76,2 мм орудия образца 1931 года, 20 из которых поступило в Испанию в январе 1937 года (эти пушки, правда, были не совсем советскими; их производили в СССР на основе закупленного в Германии орудия фирмы «Рейнметалл»). До прибытия этих орудий на вооружении у республиканцев были только мелкокалиберные зенитные пушки «эрликон», пригодные для защиты боевых порядков от низколетящих целей. Теперь каждая из трех переброшенных на Хараму зенитных батарей (их расчеты были интернациональными: немецкий, чехословацкий и французский) могла вести огонь по воздушным целям на высоте до 7 километров, выпуская 60 снарядов в минуту. К 17 февраля зенитчики уничтожили 13 самолетов, а всего в ходе сражения они записали на свой счет более 20 самолетов. Впервые в истории войн зенитные пушки прямой наводкой били и по танкам, и пехоте противника, не раз спасая положение республиканцев. На Хараме также блестяще зарекомендовало себя немецкое 88 мм зенитное орудие, которое считается лучшей зенитной пушкой Второй мировой войны. Прикрываемые этими орудиями участки фронта мятежников были практически недоступными для республиканских бомбардировщиков.
13 февраля мятежники перешли в наступление на Арганду, чтобы достичь шоссе Мадрид — Валенсия. Но, несмотря на тройное превосходство в силах (15 тысяч против 5 тысяч республиканцев), они не смогли добиться успеха. Когда после полудня 5-я бригада, состоявшая в основном из анархистов, подалась назад, брешь срочно закрыли ротой танков. Республиканцам надо было любой ценой выиграть время до подхода своих резервов.
13 февраля бои достигли невиданного ожесточения. Польский батальон им. Домбровского потерял в контратаках до половины личного состава. Из-за недостатка артиллерии у республиканцев двойная нагрузка ложилась на танки, которые не только по нескольку раз в день контратаковали, но и подавляли огневые точки противника. От переутомления танкисты теряли сознание. В тот кровавый день мятежники углубили свой плацдарм на 1–2 километра, заплатив за это 4000 убитых и раненых. Республиканцы постепенно приспособились и к новой тактике мятежников. Те выдвигали вперед противотанковые пушки, но бойцы Народной армии уже наловчились выбивать их расчеты прицельным пулеметным огнем.
Всю ночь на 14 февраля мятежники перебрасывали на восточный берег Харамы новые силы, доведя общую численность своих войск до 40 батальонов, 100 орудий и 100 танков.
Утром 14 февраля после сильной артиллерийской подготовки и авиаударов мятежники пошли вперед, но были остановлены с ходу вступившей в бой XIV-й интербригадой. Началась настоящая мясорубка в стиле Первой мировой войны. Франкисты волнами вводили на узком участке фронта все новые силы, стремясь уничтожить в бою как можно больше живой силы противника. Но и сами они несли крупные потери, что не очень заботило Франко, бросавшего на самые опасные участки «диких» марокканцев. Так, только в ходе контратаки 24-ой бригады при поддержке двух батальонов Т-26 14 февраля было уничтожено до 800 марокканцев. Беспрерывная борьба и чудовищные потери стали отрицательно сказываться даже на моральном духе интербригад. Было проведено специальное совещание политкомиссаров всех четырех интербригад, дравшихся на Хараме (пятая была переброшена на юг под Малагу).
Единственным результатом страшного для обеих сторон 14 февраля был захват мятежниками господствующей над полем сражения высоты Пингаррон на правом фланге их плацдарма.