Под видом корреспондента «Правды» был направлен в
Испанию во время
Гражданской войны 1936-1939 гг., где был негласным политическим и военным советником
Коминтерна при республиканском правительстве. Написал книгу "Испанский дневник" (
1938), где о легальной части своей работы рассказал от первого лица, а о тайной - от имени Мигель Мартинес. Проводя линию
Сталина в международном рабочем движении, участвовал в тайных операциях против
троцкистской Рабочей партии марксистского единства (
ПОУМ), в публикациях дикредитировал троцкистов, обвиняя их в т.ч. в том, что они находятся на службе у
Фаланги и
фашизма. В романе
Э. Хемингуэя "
По ком звонит колокол" М.Кольцов выведен под именем Каркова, причастного к деятельности спецслужб.