Hiljem läks ta lõunasse, kus ta osales viimastel Alcázari piiramise operatsioonidel, mis seni olid kõik ebaõnnestunud. Kui Toledo langes mässuliste kätte, osales Burillo erinevates keskpäeva tegevustes, püüdes korraldada oma kolonni demoraliseeritud sõdurite seas. Hiljem osales ta oma kolonniga Madridi kaitsmises.
- Jah. 1936. aasta lõpus lahkus tema kolonn, mis hiljem sõjaliseks muudeti ja muundati 45. segbrigadiks, juhtimisest; ta läks juhtima värskelt loodud 9. diviisi. Selle üksusega viibis ta Madridi rinde mõnes sektoris kuni 1937. aasta veebruarini, mil algab franchistide rünnak Madridi lõunas. Selle peatamiseks organiseerisid vabariiklased kaks kaitsegruppi: üks neist oli Burillo juhtimisel ja sõltus kindral Sebastián Pozas juhitud Keskuse armee.