Второй боевой поход завершился трагично. В связи с недостаточным числом истребителей у правительственных сил все самолеты были направлены в небо над Мадридом и выделить воздушное прикрытие порта, не смотря на настойчивые увещевания Главного военно-морского советника, республиканцы не смогли. Разгрузка кораблей в порту Картахены не избежала фашистского налета. Один из самолетов мятежников обстрелял ходовой мостик пришвартованного к пирсу крейсера «Червона Украина», в результате чего несколько командиров, в том числе командир бригады крейсеров Морских сил Черного Моря Николай Филиппович Заяц и командир крейсера «Червона Украина» Андрей Иванович Заяц, были ранены. Встречавший корабли бывший Наморси, а ныне военно-морской атташе СССР в Испании Владимир Митрофанович Орлов, был убит. Другому самолету удалось точно сбросить по крейсеру «Красный Кавказ» 50-кг бомбу, которая упала вблизи торпедного аппарата левого борта. Трагедия была почти неминуема, но, к счастью, бомба не взорвалась. По иронии судьбы неудачливый бомбардировщик франкистской авиации пилотировал единственный русский пилот в составе военно-воздушных сил мятежников: военно-морской летчик русской императорской армии, старший лейтенант Всеволод Михайлович Марченко. Всего на стороне генерала Франко сражалось около 50 белогвардейцев, в основе своей в составе отрядов испанского монархического движения «рекете». Боевая тревога на кораблях была сыграна уже в момент опасного сближения фашистских самолетов с отрядом, а неповоротливость и малый радиус действия пулеметов не позволил советским морякам повредить ни один самолет мятежников. Отсутствие системы управления зенитным огнем не позволило 100-мм зенитным установкам Минизини поразить быстро меняющие направление атаки и дистанцию до крейсера легкие бомбардировщики противника как в момент атаки, так и на отходе.
Таким образом, боевая практика показала, что счетверенные пулеметы калибра 7,62-мм уже не являются действенным оружием ПВО, а крейсерам в дополнение к 100-мм зенитным пушкам остро требуются приборы управления зенитным огнем и малокалиберные автоматические пушки. Гибель Орлова произвела на командование Морских Сил РККА и весь личный состав глубокое впечатление. Начиная с 1937 года, вряд ли можно было бы обнаружить среди разделов боевой подготовки более серьезную тему, чем противовоздушная оборона.
Обратным рейсом крейсера доставили в СССР груз золота. Обратный переход прошел без происшествий.
Итальянское радио и дикторы Лиссабона 6 ноября сообщили, что националисты уже занимают Мадрид. Военный корреспондент британского «Обсервера» Генри Бакли позже рассказывал, что когда он в эти дни позвонил в редакцию и стал рассказывать об обстановке в республиканской столице, его удивленно перебили: «А откуда вы говорите?» «Из Мадрида». – «Странно. Из полученных нами сообщений видно, что Франко уже в центре города».