В 1936–1937 годах вооружение и другие грузы доставлялись из советских портов на Черном море в испанские средиземноморские порты, прежде всего — в Картахену. Франкисты, а также фашистские Италия и Германия всеми возможными способами препятствовали этим сообщениям. Чтобы сорвать перевозки вооружения, советские суда обстреливали, бомбили, торпедировали и пытались захватить в плен. Однако республиканский флот справился с защитой коммуникаций. Более двадцати крупных транспортов благополучно прошли из Советского Союза в Испанию до сентября 1937 года.
Важнейшей заботой Николая Кузнецова стало обеспечение морского сообщения между Испанией и СССР: организация конвоев, встреча их в Картахене и быстрая выгрузка боевой техники, оружия, боеприпасов и продовольствия.
Опытный советский военный моряк сразу же обнаружил, что прикрытие военно-морской базы с воздуха очень слабое. Советник Н. Г. Кузнецов принял экстренные меры по укреплению ее противовоздушной обороны. А бомбили Картахену часто, особенно во время разгрузки и погрузки пароходов.
В сентябре 1936 года в порт Аликанте прибыли первые транспортные суда «Нева» и «Кубань» с грузом продовольствия и одежды, посланным советскими профсоюзами испанским женщинам и детям. Тогда же в Картахену начали приходить суда с оружием и боеприпасами. Первым таким транспортом стал «Комсомол», доставивший танки, автомашины и небольшое количество пушек. Капитаном судна был Г. А. Мезенцев, а добровольцев-танкистов, прибывших на этом судне, возглавлял Г. А. Кривошеий. В своих записках Н. Г. Кузнецов подробно отразил эту первую важную операцию: «Разгрузка шла медленно. Меня беспокоила та беспечность, с которой испанцы обращались с боеприпасами и бензином. Ящики с боеприпасами кидались так, будто бы в них были апельсины. Курение около бочек с бензином считалось обычным делом. Антонио Руис несколько раз обращался к рабочим с увещеваниями, но это мало помогало. Я удивлялся, что люди, готовые, казалось, отдать жизнь за республику, не понимали таких простых вещей и не могли навести у себя элементарного порядка. Думаю, тут большую роль играли своеобразная беспечность, столь свойственная испанцам-южанам, и отсутствие у людей военного опыта: ведь Испания по-настоящему не воевала, по существу, со времен Наполеона. Пришлось просить советских танкистов и экипаж корабля установить собственный контроль на причале. Но как бы там ни было, танки, готовые к бою и полностью укомплектованные, через несколько дней ушли по назначению». Когда советские танки двигались по улицам Картахены, ликованию испанцев не было предела. «Вива, Руссия, вива!» — кричали из толпы и бросали вверх головные уборы.
В начале ноября советские танкисты героически приняли на себя удары рвущихся к Мадриду фашистов.
Много испытаний выпало на долю и советских моряков. В Средиземном море господствовали немецкие военные корабли, поэтому каждый рейс был связан с огромным риском. До 4 мая 1937 года было совершено 86 нападений только на советские суда. 14 декабря 1936 года сухогруз «Комсомол» был атакован тяжелым крейсером испанских мятежников «Канариас». Крейсер 35 залпами потопил беззащитный советский пароход. Заметим, что эта расправа проходила в нейтральных водах, а «Комсомол» перевозил марганцевую руду из порта Поти в бельгийский порт Гент. В августе и сентябре 1937 года неизвестная подводная лодка двумя торпедами отправила ко дну теплоходы «Тимирязев» и «Благоев»… Захвачены и силой уведены к мятежникам суда «Петровский», «Вторая пятилетка», «Союз водников» и «Смидович». Фалангисты продержали их экипажи в плену в течение трех лет.
Во время событий в Испании отчетливо проявилась слабость советского Военно-морского флота. Позднее адмирал Н. Г. Кузнецов в своей книге «Накануне» написал: «Мы не смогли тогда по-настоящему участвовать в морском контроле, проводившемся по решению „Комитета по невмешательству“, нам не хватало нужных кораблей и плавучих баз. В то время стало особенно ясно, как важно для нас море и как нам нужен сильный флот».
В то же время именно в Испании будущий нарком осознал необходимость и важность взаимодействия сил флота с войсками и силами других видов вооруженных сил. В дальнейшем этот ценнейший опыт он использовал в годы Великой Отечественной войны.