En vísperas de la batalla del Ebro, las Brigadas Internacionales, cuyas dos terceras partes estaban formadas ya por españoles, se integraron también en el GERO. Sus nombres fueron repartidos entre la 45.ª división del V cuerpo y las 15.ª y 35.ª divisiones del XV Cuerpo.
Los internacionales habían entrado por primera vez en combate en noviembre de 1936, cuando las tropas de África parecían a punto de entrar en Madrid y no existían unidades republicanas bien organizadas. En consecuencia, las Brigadas Internacionales fueran exaltadas por la propaganda como aportación extranjera a la justa causa de la República, hasta, que a principio de 1937, los medios gubernamentales parecieron olvidarse de ellas para volcarse en elogios al Ejército Popular, todavía en formación.
Las Brigadas Internacionales estaban en manos de comunistas extranjeros. Los mismos dirigentes del Partido Comunista español se dedicaron a potenciar sus propias unidades españolas, procedentes del Quinto Regimiento de Milicias Populares. En noviembre de 1936, los mayores elogios de la prensa republicana se volcaron en los brigadistas, pero pronto se volvieron hacia el general Miaja, la junta de Defensa de Madrid y los nuevos jefes militares, tanto procedentes del ejército como de las milicias: Barceló, Mera, Escobar, José M.ª Galán, Líster o Modesto.
En el peor momento de la batalla de Madrid, una intensa campaña propagandística había saludado a los internacionales como salvadores de la democracia española. Tres meses después, tal exaltación desapareció de la prensa y de la radio. Incluso se publicaron escasas noticias sobre los voluntarios extranjeros, porque el comité de No Intervención de Londres se oponía al reclutamiento, que fue prohibido oficialmente en febrero de 1937 y debido proseguir clandestinamente.
Mientras tanto, el Ejército Popular adquirió importancia numérica y cualitativa frente a las unidades extranjeras, que perdieron peso como referencia militar y político. Las tropas regulares republicanas se organizaron al margen de los voluntarios extranjeros que, sin embargo, fueron utilizados como fuerza de choque en los lugares más comprometidos y en los episodios más sangrientos porque constituían una tropa de primer orden.
Durante la batalla del Jarama, en febrero de 1937, las Brigadas Internacionales se encargaron de las más duras misiones y pagaron una tremenda contribución de sangre. Poco después comenzó la batalla de Guadalajara y, a pesar de su desgaste, fueron transportadas al nuevo frente, donde lograron una gran victoria, sin haber tenido tiempo para recuperarse de las pérdidas humanas y la fatiga sufridas en el Jarama.
Durante la primavera de 1937 no pudieron rehacerse sus grandes pérdidas padecidas en combate, porque el número de nuevos voluntarios internacionales se había reducido sustancialmente. Se vieron impelidos a reclutar españoles. La quebrantada 12.ª brigada fue reconstruida con italianos y españoles, muchos de los cuales eran reclutas sin instrucción militar que, en buena parte, procedían de las campañas de captación del Konsomol en Cataluña. El fenómeno se hizo de extensivo y, a partir de aquella primavera, las 11.ª, 12.ª y 14.ª Brigadas encuadraron a voluntarios españoles juntos con los alemanes, italianos y franceses.
Cuando la batalla de Guadalajara dejó de ser noticia, la fama adquirida en ella por las Brigadas Internacionales no modificó el sentido de la propaganda ni eliminó la desconfianza gubernamental. El Ejército Popular ya contaba con miles de soldados regulares, que fueron organizados en grandes unidades españolas, mientras los extranjeros no merecieron tal distinción. Las cinco Brigadas Internacionales existentes entonces no fueron agrupadas en un cuerpo del ejército y las divisiones internacionales tuvieron vida efímera. La independencia que las organizadores de las Brigadas Internacionales habían mantenido frente al Gobierno de la República provocó una gran desconfianza política, que aumentó cuando Indalecio Prieto fue nombrado ministro de Defensa. No obstante, el prestigio militar de los brigadistas se mantuvo intacto hasta el ataque a la Granja. El fracaso de esta operación inició el declive de los internacionales, que continuaron como fuerza choque, pero muy españolizado y ya sin constituir la fuerza más importante del Ejército Popular.
Los voluntarios extranjeros luchaban, desde el principio, por una causa perdida. No podían ser la vanguardia de una gran compaña mundial contra el fascismo, pues los gobiernos democráticos no deseaban ayudar a la República española, a pesar de todas sus declaraciones retóricas. Tampoco en España se valoraba la generosidad de estos hombres que habían venido a combatir sin esperar nada a cambio. Aunque las Brigadas habían sido organizadas por los comunistas, muchos de sus hombres no lo eran, pero el conjunto era clasificado como comunista y chocaba con evidentes enemistadas, sobre todo entre los partidarios de Largo caballero, los anarquistas y bastantes militares profesionales.
La larga permanencia en el frente y su sistemática utilización como fuerza de choque provocaron un excesivo número de bajas, mientras disminuía el reclutamiento internacional, que había alcanzado su punto máximo durante la batalla de Brunete. Las Brigadas combatían integradas en el Ejército Popular, pero no participaban en su desarrollo. En consecuencia, perdieron peso en el conjunto, incluso como fuerza de choque, y fueron lentamente eclipsadas por las unidades procedentes del Quinto Regimiento, con las cuales se sentían más cómodos los mandos comunistas españoles.
El desgaste provocó situaciones de indisciplina, sobre todo entre los americanos e ingleses de la 13.ª Brigada Internacional. La organización estaba agitada por la rivalidad entre nacionalidades, sobre todo de franceses y eslavoalemanes. Los americanos eran, en buena parte, idealistas jóvenes, que consideraban fanáticos a los clanes políticos que luchaban por el poder interno y a los capitostes que reprimían a los mismos brigadistas, cuyo caso más evidente era el comunista francés André Marty.
A partir de la batalla de Brunete, Indalecio Prieto decidió controlar a los internacionales y solicitó un informe sobre sus actividades. La base de Albacete fue intervenida y depurada. El 23 de septiembre de 1937, Prieto decretó la integración de las Brigadas Internacionales en el Ejército Popular, equiparándolas administrativamente a la Legión Extranjera, que había desaparecido del campo republicano porque sus dos regimientos se habían sublevado en Julio de 1936.
Los Internacionales quedaban sometidos al Código de Justicia Militar español y los oficiales extranjeros podían alcanzar, como máximo, la mitad de los cuadros, disposición que jamás fue cumplida. Se organizó un archivo de daros personales; todos los servicios de intendencias y sanidad fueron asumidos por el Ejército y la basa de Albacete no contó con más dinero que los donativos llegados del extranjero.
Esta transformación fue impulsada por la creciente españolización que provocaba la falta de reclutamiento internacional, vertiginosamente frenado desde los sucesos de mayo de 1937 y la liquidación del POUM (Partido Obrero Unificado Marxista). Las Brigadas perdieron sus características iniciales, diluyéndose, cada vez más, en el Ejército Popular, recomendándose a los internacionales que aprendieran español y procurando extender muestras de disciplina, como el saludo. Desde noviembre de 1937 ya recibieron sistemáticamente reclutas españoles.