Прорвав оборону мятежников, части республиканцев при поддержке авиации в результате 2-дневных боев смогли их окружить. Используя две дивизии, республиканцы создали внешний фронт окружения, на котором перешли к обороне. Продолжая наступать остальными соединениями на внутреннем фронте, 21 декабря республиканские войска ворвались в Теруэль. Мятежники оказывали яростное сопротивление и удерживали центр города. Стремясь помочь окруженному гарнизону Теруэля, генерал Франко перебросил к городу 6 пехотных дивизий. К исходу 31 декабря 1937 года мятежникам при поддержке авиации удалось прорвать оборону республиканцев на внешнем фронте и выйти на подступы к Теруэлю. Но смелые и решительные действия правительственных войск не позволили мятежникам соединиться с окруженным гарнизоном.
Республиканское командование под руководством комдива Штерна, введя из резерва 5-й армейский корпус (2 пехотные дивизии), смогло отразить удар противника. Наступление франкистов на внешнем фронте было остановлено. Одновременно правительственные войска продолжали штурм Теруэля. Ведя упорные уличные бои, они медленно продвигались к центру города. Крупные здания, где засели франкисты, были взорваны. Республиканские войска, преодолев сопротивление мятежников, 7 января 1938 года вынудили их сдаться. Победа в Теруэльской операции подняла международный авторитет республики, боевой дух ее армии, привела к равновесию сил республиканцев и мятежников. Генерал Франко был вынужден перебросить крупные силы под Теруэль и на время отложить очередной штурм Мадрида.
19 февраля 1938 года народный комиссар обороны СССР приказом по личному составу армии за № 0157/п присвоил Г.М. Штерну воинское звание «комкор». В апреле 1938 года Григорий Михайлович был отозван из Испании и вернулся в Советский Союз. Его ждали заслуженные слава и почет. Кроме двух орденов за «испанскую командировку» ему было вручено удостоверение депутата Верховного Совета СССР первого созыва. Еще в декабре 1937 года избиратели Чечено-Ингушской АССР оказали ему доверие, избрав в Совет Национальностей.
Но долго находиться в Москве Григорию Михайловичу не пришлось. В апреле 1938 года его ждало новое ответственное назначение — возглавить штаб Особой Краснознаменной Дальневосточной армии. Обстановка на данном направлении была очень сложной. Японская военщина вынашивала планы по захвату советского Дальнего Востока и готовилась претворить их в жизнь.
29 июля 1938 года японские войска вторглись на советскую территорию у озера Хасан и заняли высоту Безымянная. Но подошедшая рота 40-й стрелковой дивизии и резервная группа пограничников смогли отбить высоту у противника. В 3 часа утра 31 июля 1938 года японская 19-я пехотная дивизия внезапно атаковала наши подразделения и после ожесточенного 4-часового боя захватила важные в тактическом отношении сопки Заозерную и Безымянную.