德军进攻马德里的行动并没有出呼西班牙共和国一方的预料。他们早就着手准备防御战线了。当古德里安命令德国士兵向马德里发动进攻的时候，等待古德里安面对的是７８万士兵、７３０辆坦克和装甲车、６６０门大炮以及２００架作战飞机。当德国的大炮对共和国士兵防守的战壕炮击的时候、属于西班牙共和军的火炮也开始还击，只是不曾想到德军的ＪＵ－８７Ａ型俯冲式轰炸机立即对炮兵阵地进行攻击，一会儿共和国的大炮全哑了，德军大炮肆无忌惮的开火，意识到情况不妙的共和官马上请求空军支援，过了３０分钟，２５架苏联援助西班牙共和国的Ｉ－１５出现在阵地上空；德军的梅塞施密特１０９Ａ型战斗机呼啸着迎敌、只用了４０分钟，１９架梅塞施密特１０９Ａ型战斗机就把西班牙飞机全都打下来，自己没有一架被击落。同时５０架ＨＥ－１１１轰炸机飞临马德里上空，所有飞机携带的都是燃烧弹，这些由德国化学公司最新研究出来的燃烧弹主要由镁粉和铝粉组成，每颗燃烧弹只有２．２镑重，ＨＥ－１１１能大量携带。此刻它们飞到马德里上空，不分青红皂白只要飞进在市区就霹雳哗啦的往下扔燃烧弹，很快，城市里火光四射，大火猛地烧了起来，消防队四处浇水抢救人民财产，防空部队开始对天空发射高射炮弹，保卫城市的战斗机也赶来驱散德军轰炸机－只是他们很快又被梅塞施密特１０９给揍了下来。苏联飞机在德国新式战斗机面前不堪一击。
负责防守马德里的最高指挥官是苏联总顾问巴匍若夫中将。他制订了依靠强有力的地面防御设施消耗德军和西班牙保皇军的锐气，然后在开始反攻，有可能的话尽量包围和消灭德国远征军的有生力量。和他相对应，古德里安把５５０辆坦克分为５个战车营，为了保留连续作战能力，他只动用第３、第４两个装甲营的兵力参加第一个回合的战斗。德军打头阵的是Ｐ－４中型坦克，它正面装甲厚度为５０毫米，苏联支援西班牙共和国的３０毫米反坦克炮对它没有任何影响。德军大部队在这两个坦克营的带领下，很快突破共和国第一、第二道防线，直逼奥易安小镇。它正好位于塞哥利亚和马德里一条笔直的距离线上。如果德军攻下奥易安小镇，那古德里安就可以走一条最近的路了。苏联总顾问巴匍若夫中将慌了手脚，紧急调用装甲预备队来反攻和增加防守的实力。西班牙共和队中将迪亚斯在报告中写道：“要么让反叛军和德国人占领奥易安，要么我们死死的守住它，不可出现第三条道路。”很快，共和国就有３００辆坦克和装甲车向北方运动，前去抵挡德国的进攻。２０日下午５点，德军顺利拿下奥易安小镇，但是空中侦察机报告，在南面发现共和国的坦克部队，数量大约在３００左右，同时后面还有少量的步兵和骑兵。德军前线指挥官霍夫曼中校立即指挥军队进入防御状态，同时向上级请示增援。
没有多久，苏联制造的Ｔ－２６坦克出现在德军士兵的眼前。Ｔ－２６坦克，全重９吨，武器为一门３７毫米花炮和一挺７毫米机枪；最大行驶速度３２千米／小时，正面装甲厚度为２５毫米。Ｔ－２６轻型坦克对Ｐ－３原型车构成极大威胁，但是它的火力和防护力在面对Ｐ－４型坦克面前就显得没有用了。德军Ｐ－４坦克装备的５０毫米大炮能轻松击毁Ｔ－２６坦克正面的装甲，即使是老式的Ｐ－３Ｅ型坦克也不比Ｔ－２６差。一场猛烈的战斗过后，战场上大约有７０辆Ｔ－２６坦克和１００辆ＢＴ－１坦克的残骸；德军付出了３０辆Ｐ－３Ｅ型坦克和１０辆Ｐ－４型坦克。西班牙共和被击退。然后不甘心失败的共和又进行了一次进攻，这次德军坦克部队没有参战，共和队遭到了德国３７毫米反坦克大炮的抵抗，以及从天上俯冲下来的ＪＵ－８７Ｂ型轰炸机的打击。和原来历史上不同，这架ＪＵ－８７Ｂ型轰炸机的改装完全是张磊把时间提前了，Ｂ型轰炸机机腹没有安装炸弹，所以它的抗打击能力比Ａ型机提高不少，而且Ｂ型机的武器为４０毫米大口径机关炮，它发射的炮弹为破甲弹，飞行员受的训练都是从坦克纵队的后方朝前开火，专打敌人坦克的屁ＧＵ。所以这次西班牙共和国士兵发起的进攻损失更惨，参战的１００辆坦克全给报销了。接着德军坦克和半机械化步兵从侧翼迂回包围共和国进攻的军队，在空军的协助下全歼了这支军队。
这场战斗持续了１７个小时，直到２１日中午时分才结束。然后古德里安在得到战场捷报以后又下达继续前进的命令；第５装甲营替代成为了主攻部队，西班牙共和队在失去制空权和大量装甲部队以后抵抗实力下降了很多，第５装甲营一路向南俘虏了大量战俘和抓获了大量共和国逃兵，３天后进抵离马德里只有２０公里的城市外围防守阵地。圣胡尔蒂将军欣喜若狂，命令手下准备白马和仪仗队为自己进入马德里开始忙碌，全世界的目光顿时从格拉纳达攻坚战汇集在马德里保卫战上；苏联的巴匍若夫中将发誓要死守马德里，而古德里安则声称此战誓在必得。
双方争夺的第一目标是位置在马德里东部的火车站，如果德军和保皇派军队能占领它那就可以切断共和国后方同向马德里的一条十分重要的补给线。所以古德里安优先下令攻下它；于是整整３万德国士兵被派去进攻火车站，可是防守的共和国士兵表现的相当顽强，而且马德里市民挖掘的战壕十分的漫长几乎滴水不漏，吞没了德军士兵、当２５日夜幕降临的时候，德军士兵仍然停留在第一道防线上。２６日早晨，古德里安查看了地图以后，决定把第４、第５装甲营派出去进攻火车站，同时命令西班牙保皇军集中兵力在炮兵和ＨＥ－１１１和ＪＵ－８７Ｂ轰炸机的支援下进攻马德里城市防御线，为德军强占火车站吸引共和国的注意力。巴匍若夫中将也厉害，他命令组织市民突击队协助防守马德里城市防御带；而不断地调出正规军去支援火车站的战斗。第二次火车站战斗持续了４８小时，德军付出了１７０辆坦克和２３０００多名士兵伤亡的代价还没能攻下东部火车站。令古德里安和德军其他军官震惊的是：为了能炸毁德军坦克，西班牙共和国的士兵居然身上绑着手榴弹进行自爆！面对如此疯狂的举动，古德里安立即动用最后一支完整的机械化部队：第一装甲营，前去进攻火车站；这支部队一度攻了进去，但是又被增援的共和国士兵赶了出去，战斗在车站外围进行了３天，曼施坦因少将称它为：“轰轰烈烈的疲劳战。”
古德里安知道进攻失败了，他的德国装甲军团已经失去了继续进攻的能力，但是共和队的援兵还在源源不断的开过来，共和国在马德里拥有的巨大兵力优势开始显现，古德里安派曼施坦因前往塞维利亚和圣胡尔蒂将军进行商榷，要求从马德里撤军；圣胡尔蒂将军拒绝了，曼施坦因少将说道：“如果您拒绝撤退，那我们只有一点一点的向后方败退，这会令我们付出更大的伤亡代价。”终于圣胡尔蒂将军认可了，他授予古德里安全权指挥，把失败的军队后撤到安全地带重组。一场有秩序的撤退开始了，从１１月６日开始，德军和保皇派军队在轰炸机的掩护下按原路返回北方，但是古德里安并不打算放弃所有得到的地盘，他听取了曼施坦因的意见，在奥易安小镇布置防御阵地和留下一批士兵，等到自己完全抢下共和国在西班牙北方的势力以后，这个小镇又会是自己再次进攻马德里的桥头堡。
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