По решению Политбюро два члена Военно-технической комиссии при Политбюро — начальник ИНО ГУ ГБ НКВД комиссар госбезопасности 2-го ранга Абрам Слуцкий и начальник Разведупра Красной Армии комкор Семен Урицкий подготовили план мероприятий по линии «X» (так были обозначены операции по поставкам оружия и военных материалов в Испанию). 14 сентября 1936 года в здании НКВД состоялось совещание под председательством наркома Генриха Ягоды, в котором участвовали Слуцкий, Урицкий, начальник Главного управления пограничной и внутренней охраны НКВД комкор Михаил Фриновский и другие. Чекисты и военные разведчики решили, что поставки оружия целесообразно производить как из СССР, так и из-за границы. Закупка вооружения за рубежом была возложена на нелегальные резидентуры ИНО НКВД и Разведупра, которые должны были через подставных лиц приобретать оружие у иностранных фирм якобы для третьих стран и нелегально переправлять его в Испанию. 29 сентября 1936 года Политбюро одобрило представленный план. При Разведупре был создан специальный штаб по перевозкам оружия во главе с начальником испанского отделения «X» полковником Григорием Шпилевским. Сотрудники штаба определяли необходимое количество видов оружия и боевой техники, составляли маршруты следования транспортов по территории СССР и за его пределами, подбирали кадры военных советников и инструкторов.
Стремясь не дать повода для обвинения Советского Союза в нарушении «Пакта о невмешательстве», ИНО ГУГБ НКВД организовал в Одессе нейтральную частную фирму во главе с капитаном госбезопасности Михаилом Уманским (Гюнзбергом), через которую до 23 октября 1936 года закупали республиканцы советское оружие.
7 октября 1936 года было распространено официальное заятение советского правительства о немедленном прекращении нарушений Лондонского соглашения великих держав о невмешательстве в дела Испании. Было заявлено, что в противном случае СССР будет считать себя свободным от обязательств, вытекающих из этого соглашения. 23 октября Советский Союз выступил с новым заявлением о фактическом прекращении действия Лондонского пакта. Декларировалось, что СССР не может считать себя связанным соглашением о невмешательстве в большей степени, чем любой из остальных участников этого пакта.
Вначале оружие из СССР отправлялось на испанских кораблях, но вскоре их оказалось недостаточно. Было решено задействовать советские суда под чужими флагами и названиями, с фальшивыми судовыми документами, изготовлением которых занималась специальная лаборатория ИНО НКВД во главе со старшим лейтенантом госбезопасности Георгом Миллером, бывшим австрийским коммунистом. Сотрудники спецлаборатории довели изготовление документов до совершенства (советские суда спокойно проходили проливы, Миллер за успешное выполнение этого задания был награжден орденом Красной Звезды).
Первые грузовые суда с оружием из СССР прибыли в испанский порт Картахена в начале ноября 1936 года. Всего осенью и зимой 1936–1937 годов из черноморских портов в Испанию было отправлено 23 транспорта с военной техникой, оружием и боеприпасами. Всего же, по неполным данным, за 32 месяца войны Советский Союз поставил в Испанию 806 самолетов, 347 танков и более 600 бронеавтомобилей, 1186 артиллерийских орудий, 20486 пулеметов, 500000 винтовок, 4 млн. снарядов и огромное количество других боеприпасов и военного снаряжения. Кроме оружия СССР поставлял в Испанию нефть и нефтепродукты, хлопок, лесоматериалы и т. д. В 1936 году экспорт советских товаров составил 194,6 тыс. т на сумму 24 млн рублей, в 1937 году — 520,1 тыс. т на сумму 81 млн рублей, в 1938 году — 700 тыс. т на сумму 110 млн рублей, в начале 1939 года — 7 тыс. т на сумму 1,6 млн рублей.
Поставки советского оружия и снаряжения в Испанию оплачивались за счет испанского золотого запаса, вывезенного в СССР в октябре-ноябре 1936 года. Испанское золото, упакованное в 7800 стандартных ящиков, имело общий вес 510,08 т. Руководил операцией по отправке золота в СССР резидент НКВД Орлов-Никольский (в СССР доставкой золота из Одессы в Москву занимались украинские чекисты под руководством двоюродного брата Орлова заместителя наркома внутренних дел Украины комиссара госбезопасности 2-го ранга Зиновия Кацнельсона (видимо, за эту операцию Олов был награжден в январе 1937 года орденом Ленина). Весь этот золотой запас, хранящийся в Москве, был израсходован к концу 1938 года, и в дальнейшем поставки в Испанию оплачивались за счет предоставленного СССР кредита на сумму 85 млн долларов.