Brunete había demostrado que el Ejército Popular presentaba todavía gravísimos defectos, pero que ya podía luchar en campo abierto, permitiendo a la República alguna iniciativa.
El frente aragonés, poco activo hasta entonces, se había animado con algunos combates parciales durante la primavera de 1937, pues los republicanos se esforzaron en dominar el margen derecho del río Alfambra y la sierra Palomera, desde donde era posible cortar las comunicaciones entre Teruel y Zaragoza. Así, entre finales de mayo y principios de abril los rebeldes perdieron la posición de Santa Bárbara y otros lugares claves para la defensa de la carretera Zaragoza-Teruel, pero entre los días 19 y 26 de abril pudieron recuperarlas gracias al bombardeo de la aviación. A principios de mayo efectuaron otra operación para consolidar sus comunicaciones. Durante cuatro días se combatió cerca de Gea de Albarracín.
Cuando cayó Bilbao, el mando republicano pensó salvar Santander activando el frente de Aragón, donde podrían emplearse los recursos de Cataluña, hasta entonces apartados del esfuerzo bélico general. Como en Brunete, Rojo se encargó de preparar la operación.
Se pusieron bajo el mando del general Pozas unidades reorganizadas, entre ellas el V Cuerpo de Ejército. Los preparativos fueron difíciles. Acababan de recibirse algunas reservas de armamento, pero el incipiente Ejército republicano seguía careciendo de organización y experiencia. Los escasos caminos y carreteras de la zona se vieron embotellados, mientras los pueblos eran un caos de soldados, vehículos y pertrechos. Todo fue tan difícil de coordinar y consumió tanto tiempo que cuando la ofensiva estuvo dispuesta, ya era tarde para salvar Santander.
Las esperanzas eran mayores que en Brunete, porque se disponía de mejor dotación de materiales y el frente de Belchite estaba guarnecido por escasas tropas rebeldes.
La maniobra consistía en un ataque del V Cuerpo de Ejército y algunas tropas del XII por el sur del Ebro para atravesar la llanura entre Belchite y Quinto, y llegar a Zaragoza tres días después. Entre tanto, por la otra ribera del río dos divisiones debían marchar hacia Zuera y Villanueva de Gállego para cortar las comunicaciones de Zaragoza por el norte.
La operación estuvo bien preparada y, a pesar de su volumen, los servicios rebeldes de información fueron incapaces de detectarla. La sorpresa fue total. La fuerza que debía actuar al norte del Ebro tomó Zuera en pocas horas y avanzó hacia Villanueva de Gállego. El ataque principal, al sur del río, arrolló la primera línea entre Belchite y Quinto, y una de sus divisiones avanzó en flecha en dirección a Fuentes de Ebro.
Los nacionales, que defendían Quinto y Belchite, no se rindieron. Los republicanos les rodearon, cortaron sus comunicaciones con la retaguardia y les dejaron aislados, pero el Ejército republicano no era una fuerza compacta. La brillante maniobra carecía de mandos subalternos capaces de sostenerla. Muchos jefes de unidad eran antiguos combatientes, capaces de morir en la defensa de un peñasco, pero su conocimiento de la técnica militar era primitivo. Una vez roto el frente, se encontraron ante una llanura inmensa, alejados de sus bases, y en lugar de avanzar rápidamente, prefirieron detenerse y esperar.
Sin embargo, el frente rebelde se había hundido desde Fuendetodos hasta Mediana. Sólo resistían las guarniciones de Belchite y Quinto. En este punto, el plan de operaciones republicano tenía prevista una marcha motorizada sobre Zaragoza, distante sólo 30 km por carretera.
Quizás aquella primera ofensiva victoriosa sorprendió a los mismos republicanos, que extremaron su cautela. Solo esto explica que repitieran los mismos defectos que habían malogrado la ofensiva de Brunete. Así, la 11 División, en lugar de seguir adelante, se desplegó en Fuentes de Ebro para batir las resistencias rebeldes. Los mandos de batallón y compañía no comprendieron que la victoria estaba en lanzarse hacia adelante: se empeñaron en tomar Belchite y Quinto, que todavía resistían, y allí perdieron un tiempo decisivo. Quinto fue tomada; Belchite, en cambio, estaba fortificada y se defendió casa por casa, durante doce días interminables, mientras la aviación rebelde les apoyaba.
La energía del ataque republicano se disolvió en estos empeños tan heroicos como inútiles. La ofensiva secundaria, al norte del Ebro, desperdició el éxito inicial cuando las tropas se detuvieron en Zuera, en lugar de profundizar. Los rebeldes aprovecharon entonces la inactividad republicana, atacaron el pueblo y provocaron una retirada en desorden. La columna que marchaba sobre Villanueva de Gállego perdió también el ritmo al desperdiciar cuatro días en combatir contra pequeños puestos aislados.
Sin reservas para imprimir un nuevo ritmo, el ataque principal finalizó. Aquellos hombres estaban acostumbrados a una difícil guerra defensiva. Cuando tomaron Belchite, habían ocupado 1.000 kilómetros cuadrados. Su verdadero objetivo era Zaragoza, pero la victoria parcial era un impacto psicológico tremendo. Por primera vez una ofensiva republicana había triunfado y cuando las primeras reservas rebeldes llegaron a taponar la brecha, se desistió de la marcha motorizada sobre Zaragoza que debía culminar la operación
. De todos modos Belchite constituyó un éxito y consiguió desviar la atención desde Madrid al frente de Aragón.