El próximo y obligado paso era el asalto a la sierra de Cavalls. Franco se decide a ordenar el ataque el 22 de octubre, tras un mes de relativa calma. Ahora le toca a las divisiones de García Valiño tomar los objetivos señalados, una sierra abrupta y rocosa de más de seiscientos metros de altura, para luego lanzar un ataque en profundidad contra todo su sector del frente republicano, cortando la carretera de Prat de Compte a Mora de Ebro y empujando así a los rojos hasta el río en la zona de Benissanet, para luego eliminar las bolsas de resistencia que pudiesen quedar en poblaciones como Pàndols y Benifallet.

Los recursos de la República eran en estas fechas casi nulos. Sin los suministros que llegaban desde Francia —la frontera estaba cerrada— resultaba imposible reparar o sustituir las piezas de artillería inutilizadas y amunicionar a la tropa. La Brigadas Internacionales se habían visto obligadas a retirarse, seis mil hombres de los mejores con que contaba el Frente Popular, lo que había obligado a llevar al frente a hombres mayores de cuarenta años y menores de dieciocho, a desertores, emboscados e incluso a liberar a algunos prisioneros franquistas a cambio de combatir.

Para asaltar la sierra de Cavalls, García Valiño destinó la 5ª Bandera de la Legión, adscrita a la 1ª de Navarra y a los tabores de Regulares 1° y 4° de Tetuán, de la 84ª División. Este ataque se produjo con la mayor concentración de hombres y armamento de toda la guerra, teniendo en cuenta el reducido espacio en el que tuvo lugar. Un total de 125.000 soldados avanzando por el corredor abierto entre las sierras de La Fatarella y la de La Vall de la Torre.[427] En un frente de unos cuatro kilómetros cayó una bomba cada cinco metros y cada medio minuto, gracias a la gran concentración artillera que preparó Martínez Campos, además de las bombas que soltó la aviación.

A las siete de la mañana del 30 de octubre empezó el bombardeo. Veinte minutos antes de que terminasen de caer las bombas la agrupación del teniente coronel Manuel Vicario se lanzó a la carrera sobre la cortina de fuego para llegar a la sierra de Cavalls antes de que los republicamos se pudiesen preparar para rechazarlos. Cuando cesó el bombardeo los rojos fueron a ocupar sus trincheras y vieron cómo éstas ya habían sido tomadas por los soldados africanos que, en los días previos, se habían entrenado a conciencia en la forma de llegar rápidamente a las trincheras enemigas. Los soldados republicanos fueron presa del pánico y emprendieron la huida. En menos de media hora había caído la sierra de Cavalls. Para el ejército del Frente Popular era la derrota final. Todas las divisiones franquistas se lanzaron hacia adelante. El 3 de noviembre se derrumbó el precario frente del V° Cuerpo republicano. Modesto ordenó a Líster establecer una línea defensiva en forma de bolsa desde Miravet hasta la Punta de La Aliga y la carretera de Pinell a Miravet. En la noche del 3 al 4 de noviembre efectivos republicanos pudieron cruzar el Ebro y defender su orilla. El día 4 la 84ª División franquista llegó al río, e igual hizo la 74, para luego hacer lo mismo la 1ª de Navarra. La 82 limpió totalmente la sierra de Caváis.

La suerte de la República está ya sentenciada. El Ejército Popular del Ebro está desahuciado. Ha perdido, entre muertos, heridos y desertores, entre 40.000 y 45.000 hombres. Ya no tiene efectivos para cubrir las bajas y a los hombres que llegan al frente casi no se les puede llamar soldados. Rojo se vio obligado a sacar batallones del Ejército del Este para intentar reforzar el Ebro. Los ataques de Miaja en Extremadura no alteraron en nada la situación, mientras que las fuerzas republicanas de Valencia son incapaces de realizar cualquier tipo de operaciones. Para muchos jefes comunistas existe la sensación de que la mayoría de sus compañeros del GERC lo único que quieren es firmar la paz.

Franco ordenó que se pusiera en marcha la segunda parte del plan: la destrucción del resto del Ejército del Ebro. Dávila reordenó sus unidades. García Valiño envolvería a las unidades de Tagüeña atrincheradas en la sierra de La Fatarella. El ataque principal iría de sur a norte: García Valiño atacaría de flanco con tres divisiones (la de Navarra, 53 y 82), mientras las 84 del coronel Galera quedaba en reserva. La 74 de Arias permanecería guarneciendo las orillas del Ebro para evitar sorpresas.

El plan republicano consistía, no podía ser de otra forma, en retroceder lentamente, para intentar volver a cruzar el Ebro por Ascó, Flix y Ribarroja. Pero el 7 las tropas de García Valiño rompieron nuevamente el frente republicano ocupando la sierra de Perles (La Picosa). Las tropas nacionales ya habían tomado todas las alturas y dominaban todos los campos próximos al Ebro.

El 10 de noviembre dio comienzo el asalto definitivo al cruce de carreteras de Camposines por parte de la 53a División franquista con apoyo de la 82. El 11, contra todo pronóstico, la 140' Brigada republicana, que tozuda y heroicamente se niega a retirarse, como si ella sola intentase demostrar que en el Ejército del Ebro hay soldados de verdad, frena los ataque de la 82. Pero la suerte está ya echada. Las líneas rojas sólo están defendidas por una mezcolanza de restos de unidades en abierta descomposición. La bolsa republicana es cada vez más pequeña, las tropas de primera línea intentan aguantar sólo para permitir la retirada de la mayor cantidad de hombres posible al otro lado del río.

El 14 de noviembre los nacionales toman La Fatarella. El 15 Tagüeña ordena que todas las tropas aprovechen la oscuridad para intentar cruzar el río. Una compuerta móvil sirve para que crucen algunos carros de combate, mientras que por un puente de hierro atraviesan algunos vehículos. Por pasarelas vadean el Ebro los restos de la 11ª y 15ª brigadas. El V° Cuerpo republicano había ya cruzado el Ebro los días 3 y 4, aunque algunas de sus tropas prolongaron la operación hasta el día 8.

Muchas unidades lograron cruzar a través del puente de Graciá. Luego el propio Tagüeña voló este puente de hierro. Eran la cinco menos cuarto de la madrugada del 16 de noviembre. Habían transcurrido 114 días de combates. Las rojos volvieron a ocupar las mismas posiciones de finales de julio de 1938. En el aspecto del terreno conquistado la batalla del Ebro no había supuesto nada, pero en el humano y en el militar había decidido la guerra.

Durante la batalla, para atajar el efecto demoledor de la nueva derrota, el mando republicano dictó una serie de disposiciones coercitivas que abarcaban todos los estamentos y grupos capaces de ejercer alguna influencia en el delicado mecanismo de la moral. Estas disposiciones consistieron en castigar con la pena de muerte cualquier debilidad en la actuación combativa de jefes, oficiales y tropa. Otras eran más estimulantes, prometiendo el ascenso a los más altos puestos a los que con su actuación pudiesen considerarse como modelo. Y también hubo coacciones familiares, ordenando severos castigos contra los parientes de desertores. Otras fueron de represión inmediata, destinando unidades especiales a la contención y represión de deserciones o desbandadas. Nada se dejó en el olvido: proclamas laudatorias, emulación de unidades, programas de gobierno, actuación internacional, campañas de comisariado. Todos, absolutamente todos los esfuerzos de los dirigentes convergieron en un solo punto: el mantenimiento de las fuerzas morales. Es preciso reconocer que todas estas medidas dieron el resultado que se pretendía obtener con ellas, consiguiendo galvanizar a las masas e infundirles nueva moral, quizá artificiosa, pero suficiente para prologar más y más la resistencia.

Estas acciones generaron actitudes extrañas. Después de resistir tenazmente en una posición, al llegar al momento del asalto las tropas republicanas se entregaban en masa, con sus oficiales y clases. La explicación de este hecho resulta sencilla: la doctrina de terror imperante en el Ejército Popular impedía a las fuerzas abandonar las trincheras cuya defensa tenían encomendada, por lo que prolongaban la resistencia hasta el último extremo. Ahora bien, perdida la posición, la misma medida de terror ejercía un efecto antagónico, ya que las fuerzas, conocedoras de los castigos que les esperaban, preferían entregarse antes, que soportar la severidad de los comisarios de sus unidades.

Sólo así se explica que en el transcurso de los 114 días se contaran 19.563 prisioneros y evadidos, lo que supone un promedio de 171, aproximadamente, por día. De este total de prisioneros, 7.753 fueron hechos por el Cuerpo de Ejército del Maestrazgo y 11.831 por el Marroquí, lo que equivale al 39,52 y 60,48 por ciento respectivamente.

En cuanto a la clasificación por reemplazos, de los 11.831 prisioneros y evadidos capturados por el Marroquí sólo 5.561 son de edades iguales a las de los soldados incorporados a filas en la España franquista. De los 6.270 restantes, 5.088 son de edad superior a la de los combatientes franquistas y 1.182 menores que éstos. Estas cifras significan los siguientes porcentajes: combatientes menores que los de la España franquista, 10 por ciento; combatientes iguales en edad, 47 por ciento; combatientes mayores, 43 por ciento.

Las discusiones sobre las bajas aún no están cerradas. El Ejército Popular tuvo entre 12.000 y 15.000 bajas, a las que se tienen que sumar 20.000 prisioneros y desertores y 30.000 heridos y enfermos. En total más de 60.000 hombres, una cantidad enorme para un ejército exhausto. Algunos autores elevan esta cantidad hasta las 100.000 bajas. La República perdió en el Ebro entre el 75 y el 80 por ciento de sus carros blindados.

Las cifras que calculó el Estado Mayor franquista, para su propio consumo, sobre las bajas enemigas en el Ebro son las siguientes:

Esta enorme cantidad de bajas y las medidas decretadas para cubrirlas tenían que influir forzosamente en la moral de las tropas y de la retaguardia enemiga, dando origen a dos corrientes de descontentos: una generada en el frente y otra nacida en la retaguardia. El eficientísimo servicio de propaganda republicano ya no podía ocultar la evidencia de la inminente derrota.

Los nacionales sufrieron unos 10.000 muertos, 30.000 heridos y enfermos, y contaron unos 5.000 prisioneros y desertores. En total, menos de 50.000 bajas. Cerca de un 50 por ciento menos que el Ejército Popular, a pesar de ser el que llevó casi siempre el peso de los ataques. Franco ganó definitivamente la Guerra Civil en el Ebro.