Il 16 febbraio 1936, l'alleanza dei repubblicani, socialdemocratici, anarchici e comunisti vince le elezioni in Spagna, sconfiggendo il governo del conservatore Gil Robles e del monarchico Calvo Sotelo. Il 12 marzo parte la controffensiva terroristica della destra spagnola, che organizza la sedizione dei generali ed il colpo di stato. Di fronte a questo ennesimo tentativo delle destre di destabilizzare un altro paese in Europa, immediata è la reazione di Rosselli che, vedendo nella Spagna la concretizzazione dello scontro ideale tra le forze della libertà e quelle della dittatura ritiene dovere principale di ogni antifascista la partecipazione a fianco del popolo oppresso. Rivolgendosi a tutti coloro che credono nella libertà, Carlo definisce la guerra di Spagna come "la nostra guerra. L'Italia ideale di Amendola, Matteotti, Gobetti ha trovato finalmente il suo braccio, l'azione". Ciò che Rosselli contesta è l'immobilismo assoluto delle democrazie europee e soprattutto la scelta del "non-intervento" fatta dal governo francese presieduto da Léon Blum. Alla partecipazione attiva dell'Italia e della Germania a fianco delle destre non corrisponde un'azione altrettanto incisiva degli antifascisti. Solo l'Unione sovietica si è schierata apertamente per la Repubblica, inviando uomini ed armi: "... solo le condizioni nette e gli aiuti senza condizioni contano... il resto è retorica". Per questo, anche Carlo è deciso a dare il suo concreto contributo e il 16 Agosto 1936, dopo aver accompagnato Marion ed i figli in Costa Azzurra raggiunge la caserma in cui si trova la "prima colonna italiana" in un paese alle porte di Barcellona. Qui, insieme a tanti altri antifascisti italiani incontra il capomitragliere Aldo Garosci, "la faccia un po' canonicale, alto e goffo". La notte tra il 19 ed il 20 agosto, organizzata da Rosselli, la colonna raggiunge il fronte d'Aragona, dove combatterà la sua prima battaglia per la libertà. L' esperienza della partecipazione diretta allo scontro fa nascere in Carlo l'idea di trasformare la colonna italiana in battaglione Matteotti, una formazione più attrezzata, sostenuta finanziariamente e politicamente dall'antifascismo europeo. Per questo si reca a Parigi e, successivamente, tornato in Spagna, il 13 novembre grida da Radio Barcellona un accorato appello al popolo italiano, perchè tragga dalla Spagna un esempio per insorgere e levarsi contro le dittature: "Oggi in Spagna, domani in Italia". Il discorso di Rosselli appare con questo stesso titolo in "Giustizia e libertà" del 13 novembre: parla da volontario impegnato nella rivoluzione spagnola che saluta gli italiani e con grande passione e fervore politico annunzia che "la riscossa antifascista si inizia in Occidente. Dalla Spagna guadagnerà l'Europa. Arriverà in Italia". Esorta tutto il popolo ad andare nelle officine per parlare agli antifascisti che si stanno mobilitando per la Spagna, ad avvicinare nelle campagne i contadini, a boicottare manifestamente o segretamente la dittatura: "vale più un mese di questa vita, spesa per degli ideali umani, che dieci anni di vegetazione o di falsi miraggi imperiali nell'Italia mussoliniana". E conclude l'appello invitando gli italiani ad appoggiare la causa spagnola in ogni modo, sia finanziario che con la partecipazione diretta alla rivoluzione, affinché il fascismo non possa più appoggiare l'azione dei generali fascisti: "Quanto più presto vincerà la Spagna proletaria, tanto più presto sorgerà per il popolo italiano il tempo della riscossa". Al ritorno in Spagna, Carlo si trova ancora in mezzo ai combattimenti, fino a quando la sua vecchia flebite in una gamba si riapre: il 6 dicembre è costretto a dimettersi da comandante della Colonna Italiana e decide di tornare in Francia per curarsi.