Después de las dimisiones de Quiroga y Martínez Barrios, José Giral se puso al frente y organizó el ejército republicano, dio armas al pueblo y licenció a los soldados cuyos oficiales se hubiesen pasado al bando sublevado. Los batallones de voluntarios no estaban preparados, y ordenó a los oficiales encargarse de estos grupos, llamados Brigadas Mixtas.
En las primeras semanas, se formó un Gobierno paralelo de comités y juntas anarquistas de la FAI y comunistas del POUM en distintas provincias. Este rechazó la autoridad de la República y se encargó de organizar columnas de voluntarios para el frente, con una visión revolucionaria: su intención era usar la guerra como pretexto para ejecutar una revolución proletaria. Estos comités colectivizaron tierras abandonadas de terratenientes que habían huido y empresas de zona republicana que pasaron a manos de obreros, y ejerció una fuerte represión contra todo sospechoso de ser derechista, torturándolo en las checas, como fue el caso de la muerte de mucha población religiosa y de José Antonio Primo de Rivera.
El 6 de septiembre de 1936, José Giral dimitió al ver imposible doblegar los organismos revolucionarios y el avance militar. Se formó un nuevo gobierno de republicanos, socialistas, comunistas y anarcosindicalistas, dirigido por Largo Caballero, que tomó unas medidas:
- Trasladar el Gobierno desde Madrid a Valencia, ya que entonces la capital estaba sitiada.
- Supresión de los comités y los gobiernos paralelos para recuperar la autoridad.
- La escasa preparación de las Brigadas Mixtas dio la necesidad de formar bien al ejército, y formó el Ejército Popular, formada por estas brigadas y por oficiales leales a la República para que adiestren y militaricen a los milicianos.
- Legalizó toda la colectivización llevada a cabo por los comités elaborando unos decretos que nacionalizaban las industrias, empresas, tierras, medios de transporte etc.
Surgieron problemas con los anarquistas de la FAI y los comunistas trotskistas del POUM: Los comités y las juntas luchaban buscando una revolución social proletaria y concibiendo la guerra como algo secundario, y además los anarquistas no se unieron al Ejército Popular. Largo Caballero, apoyado por el PSOE, el PCE y los republicanos, luchó contra esa idea revolucionaria de comunistas y anarquistas, y defendió la visión de que lo importante era la guerra. El desacuerdo dentro del bando tuvo su culmen en los Hechos de Mayo, en Barcelona: militantes de Esquerra Republicana empezaron una lucha armada contra anarquistas y comunistas, que se atrincheraron en el edificio de Telefónica. Lluis Companys solicitó al Gobierno 3000 guardias de Asalto para reprimirlos.
El problema quedó resuelto hasta que el PCE, presionado por la URSS, pidió al Presidente que disolviera el POUM y detenga a sus líderes por ser de la línea trotskista, opuesta al comunismo estalinista. El PSOE se mostró de acuerdo porque le deben el apoyo militar de la guerra, pero la disconformidad de Largo Caballero lo lleva a dimitir en mayo de 1937.
Entonces comenzó la presidencia de Juan Negrín, que disolvió el POUM, y Andreu Nin, su líder, desapareció. Se reinició el gobierno del Frente Popular, que tomó otras medidas:
- Trasladar el Gobierno de Valencia a Barcelona, el punto de peso económico que tenían.
- Dar al Gobierno republicano la autoridad frente a las disidencias dentro del bando.
- Seguir adiestrando el Ejército Popular para continuar la guerra.
- Decretó la economía de guerra: el Gobierno pasa a hacerse cargo de toda la producción en zona republicana para abastecer al ejército.
Sin embargo, para abril de 1938, la situación empeoró y Negrín optó una negociación con los sublevados, elaborando el programa ’Los 13 puntos de Negrín’ que planteaba:
- Cese de la lucha armada.
- El Gobierno seguirá siendo republicano, pero debe haber unas elecciones democráticas para que el pueblo elija.
- Amnistía para los presos políticos de ambos bandos.
- Retomar la propiedad privada.
El intento de paz fue rechazado por Franco, convencido de la causa nacionalista. La situación entonces era deplorable, las muertes por hambre eran masivas, y los mismos republicanos comenzaron a criticar a Negrín, quien tenía la idea de no rendirse para aguantar hasta que estallase la Segunda Guerra Mundial y aprovechar la marcha de la ayuda alemana e italiana.
Finalmente, Barcelona cayó a finales de febrero de 1939, el Gobierno de la Generalitat huyó y en marzo entraron los sublevados en la capital, dando fin a la guerra el 1 de abril.