朱可夫任骑兵师长期间，西班牙爆发了内战。不久，他受命在这场冲突中担当一个角色。斯大林本不想介入这场战争，因为它跟苏联相隔千里，涉及的又是一个苏联没有派驻正式代表的政府。但是法西斯国家一意孤行，硬要去干涉这场战争。这就使斯大林确信：假如他不果断地采取行动，叛乱分子就会很快取得胜利，而这就意味着法国将被法西斯国家所包围，甚至可能意味着法国国内正日益增长的法西斯主义倾向也将获胜，结果会使西方对德国的本来就软弱无力的抵抗。更进一步削弱下去。斯大林明白，一旦发生这种情况，那么德国向东侵略的道路也就扫清了。
经过一番犹豫之后，苏联领导人决定对西班牙内战进行于预。前美国驻俄国大使乔治·凯南写道：“这项决定既巳作出，他们就以非同寻常的速度和精力将其付诸行动。”
苏联对西班牙的干预，使朱可夫及其战友能够在战斗中验证红军的装甲战理论，并让俄国坦克一试身手。1966年，也就是在这些事件已经过去三十年之后，苏联人在谈到这次援助的时候说：“在战前的年代里，坦克部队同整个苏联红军一起得到了发展和完善，更充分地作好了战斗准备。在那些年代，他们取得了相当多的作战经验。在西班牙战场上、在哈桑湖、在哈勒欣河、在芬兰的森林中——这些地方都是我国坦克部队经受严峻考验的见证。”①——
①《在陆军部队的前卫中》，载苏联《武装力合共产党人》杂志，第15期（1966年8月），第39页。——原书注
斯大林和伏罗希洛夫于1936年秋派遣朱可夫前往西班牙，作为苏联的主耍军事观察员之一①。同他一起前往的人都是出类拔草之辈。未来的国防部长P·R·马利诺夫斯基和在第二次世界大战中大名鼎鼎的精明强干的炮兵指挥员H·H·沃罗诺夫也都去了。苏联驻西班牙军事代表团起初是由N·别尔津率领的，红军的全部活动都由他负责。战争初期，杰出的坦克专家之一Ⅱ·T·帕夫洛夫也在西班牙，时间大概是从1936年秋到1937年夏。帕夫洛夫是负责坦克作战的首长，有位观察家觉得他似乎经常在他的司令部里撰写关于他的指战员和坦克作战情况的长篇报告，尽管他费了很多心血，但他对于装甲作战所作的结论是不正确的。由于在伊比利亚半岛战斗中出现的问题，他认定，在现代战场上坦克无法单独作战。后来他得以说眼斯大林和伏罗希洛夫相信他的看法是正确的，尽管朱可夫提出了反对意见。②红军的被称作“摩托机械化军”的大型坦克部队（每个军约有五百辆坦克）被解散了。朱可夫和沙波什尼科夫所作的许多努力付诸东流。坦克被降低到只起步兵支援武器作用，坦克部队被编成一些单独的坦克营附属于步兵部队——
①理查德·劳特巴奇著《这些人是俄国人》，第124页。——原书注
②休·托马斯说，帕夫洛夫将军在斯大林面前采取这种立场，也许是要避免被指责为已经失势的图哈切夫斯基元帅的理论的钦佩者。见休·托马斯著《西班牙内战》，第615页。——原书注
虽然可以得到的资料没有表明朱可夫在西班牙呆了多久，但他至少是从1936年秋呆到1937年初夏。苏联派驻西班牙的首席情报军官亚历山大·奥尔洛夫回忆说，他在1937年期间见过朱可夫好几次，而且苏联早年的一部影片里也有朱可夫1936年在巴塞罗那向国际纵队的一批志愿人员发表演说的镜头。奥尔洛夫进一步指出，朱可夫的职务是最高指挥部的观察员。
苏联在西班牙参战，不仅仅是派遣了观察员，而且派出了由正规部队组成的有组织的部队。图哈切夫斯基对此是反对的，他认为把红军种种不完善的情况暴露出来是鲁莽之举。在苏联坦克部队开到战场以后，红军的作战大多是由坦克部队来完成的。
苏联装甲部队参加了一系列残酷的战斗，有时打得很出色，但也时常吃败仗，损失了一些人员和兵器。不久，德国和意大利进一步扩大了它们的干涉的规模，莫斯科认识到只有大量增加援助，才能挽救西班牙共和国政府。然而西方国家表明，它们之中有的是不愿意向西班牙共和国政府提供那怕一点点援助，有的则无能为力。同时，苏联政府也担心可能同轴心国发生战争。于是西班牙共和国的事业终于遭到失败。
这场战争使朱可夫和他的战友们汲取了许多宝贵教训。他们试用了新武器，研究了现代战术一些有争论的概念是否可行。坦克虽说在第一次世界大战中经过短时间试用之后，被誉为有前途的武器，但它在快速机动的作战行动中的效果，大体上说仍然是没有经过检验的。西班牙战争提供了这种机会，而朱可夫、帕夫洛夫、Ⅱ·A·罗特米斯特罗夫①、科涅夫等人前往那里充分利用了这个机会。朱可夫回国以后，接受了新的任命——担任骑兵第3军军长。他担任此职共七个月时间——
①Ⅱ·A·罗特米斯特罗夫——苏联红军装甲部队高级军官，卫国战争中历任装甲部队旅长、军长、集团军司令员和苏联陆军装甲坦克兵副司令员等职，1962年晋升为装甲坦克