El fallido intento de salida de las fuerzas del cuartel gijonés del Simancas en la tarde del 19 de julio de 1936 hizo que al día siguiente, cuando al fin el coronel Pinilla logró organizar sus fuerzas, ya no contara con el factor sorpresa como en Oviedo. En Gijón, tanto los anarquistas de la CNT como los comunistas estaban preparados para repeler el intento de sublevación militar y además tuvieron tiempo para reunir algunas armas. Los dirigentes del Frente Popular se instalaron en el Instituto Jovellanos, donde tenía su cuartel la Guardia de Asalto, impidiendo que ésta se sumara al levantamiento militar. Además, en la noche del 19, llegó a Gijón con algunas armas un grupo de cenetistas de La Felguera, dirigido por Higinio Carrocera, que había desarmado el puesto local de la Guardia Civil.

La salida de las fuerzas del Simancas, tras ser arengadas por el coronel Pinilla, fue anunciada por fuego de mortero, según habían convenido con el resto de tropas, las de Zapadores, Guardia Civil y Asalto. Eran las cinco y cuarto de la mañana y las sirenas de barcos y fábricas replicaron para movilizar a la población. Desde el primer momento las fuerzas fueron hostigadas e, incluso, una de las compañías que salieron del cuartel, una vez fuera, desarmó a sus oficiales y desistió de sublevarse, sumándose los soldados a los que defendían la República. No tuvieron más éxito los Zapadores y la Guardia Civil, de manera que al mediodía del 20 la sublevación se puede dar por fracasada en Gijón, y casi todas las tropas tuvieron que retirarse a sus cuarteles. Además, las milicias populares que se habían ido formando fueron reuniendo algunas armas, entre las que aportaron los soldados que se pasaron, las perdidas por otros y las cobradas al destacamento del cerro de Santa Catalina, rendido a los anarquistas de Higinio Carrocera.

Mientras en Gijón fracasaba la sublevación militar, en Oviedo se declaraba el estado de guerra a los sones del himno de Riego. Las autoridades militares se hacían con el control de los principales recursos. El comandante Caballero fue nombrado delegado de Orden Público; el teniente coronel Ayuela, de la Fábrica de Armas de Trubia, se hizo cargo de la Diputación, y el capitán Almeida, del Ayuntamiento.

En la Fábrica de Trubia, su coronel, José Franco Mussió, se mantuvo en una situación de indefinición. Permitió que las familias de los militares marcharan a Oviedo llevando el dinero y unos obturadores necesarios para el funcionamiento de los cañones de 105 mm, se negó a entregar armas a los obreros y concedió al personal dos días de permiso retribuido mientras se aclaraba la situación. Pero se negó a destruir unos transformadores eléctricos como le pedía el coronel Aranda. Esta situación duró todo el día 20, hasta que el 21 llegaron los primeros grupos de mineros que habían salido en la noche del 18 hacia Madrid, con el comandante Ayza Borgoñós a su frente. Éste portaba una orden firmada por el general inspector del Ejército Gómez Caminero en la que lo nombraba jefe de las fuerzas gubernamentales en Asturias. El coronel Franco se plegó ante ella y Ayza se hizo cargo de la situación. Licenció a los soldados de la compañía que estaba en Trubia y entregó armas a las milicias, tal como había ordenado ya el Gobierno de la República. Casi inmediatamente se formó un grupo que salió hacia Oviedo, donde los milicianos habían comenzado a formar un cerco.

En Gijón, las tropas se replegaron a sus cuarteles, y algunos grupos que quedaron aislados fueron reducidos por las milicias. Ya desde antes de que salieran a la calle las tropas, se había constituido un denominado Comité de Defensa, de mayoría anarquista, que comenzó a hacerse cargo de la situación, en paralelo al Ayuntamiento gijonés, que presidía Jaime Valdés. Ante el Comité de Defensa y las autoridades municipales se presentó el comandante Gállego, un militar que había estado destinado en Gijón y que estaba casado con una asturiana, razón por la cual se encontraba de veraneo en la villa, siendo nombrado asesor militar. A la noche del 20, se encontraban encerrados en sus cuarteles los militares del Simancas, de El Coto y los guardias civiles en su cuartel de Los Campos. En éste, la situación era muy comprometida, pues junto a los guardias vivían sus familias y al producirse los primeros disparos se produjeron escenas de pánico. Así, tras la mediación del comandante Gállego, los guardias civiles se rindieron y fueron detenidos en la Iglesiona.

El día 21 de julio, el comandante Gállego se puso en contacto con los jefes del cuartel de El Coto y de Simancas para que depusieran su actitud y acataran las órdenes del Gobierno. Tanto el teniente coronel Valcárcel, de Zapadores, como el coronel Pinilla, del Simancas, rechazaron su mediación. Posteriormente, el comandante Gállego se dirigió por radio al pueblo de Gijón anunciando que «de no deponer su actitud las mencionadas fuerzas, se llegaría a medios terribles para hacerles capitular».

Tres días después de iniciado el levantamiento militar, sólo en Oviedo habían triunfado los militares rebeldes, mientras en Gijón permanecía encerrada en sus cuarteles parte de las guarniciones del Simancas y de El Coto. Concentrada la Guardia Civil en Oviedo, salvo la de La Felguera, que no pudo hacerlo, el resto de Asturias permaneció fiel a la República. Una serie de comités locales se fue haciendo cargo de la situación en los diversos concejos, en unos casos solapándose con las autoridades municipales y en otros ocupando su lugar cuando los ediles pertenecían a los partidos que habían apoyado tácita o expresamente el alzamiento militar.

El golpe militar, cuyo principal organizador había sido el general Mola, no había conseguido el fácil triunfo que sus protagonistas esperaban. Los militares habían pensado que se reproduciría lo ocurrido en 1923, cuando el general Primo de Rivera se pronunció en Barcelona y luego todas las capitanías generales se fueron adhiriendo. Ahora, sin embargo, más de la mitad de España permaneció fiel a la República y en tres días ya se había derramado bastante sangre. Lo que siguió fue una guerra civil que enfrentó a dos Españas y que se iba a prolongar a lo largo de casi tres años.

En Asturias, los cuarteles de Gijón fueron el primer frente. Un segundo se situó en Oviedo, donde el coronel Aranda hizo en los diez últimos días de julio algunos intentos de salida, a los que respondieron desde el bando republicano con el incremento del cerco sobre la capital, que en los primeros días estuvo bastante desorganizado. Un tercer frente se abrió a finales de julio con la salida desde Galicia de una primera columna de socorro para los sitiados en Oviedo y Gijón. La primera de las columnas gallegas traspasó el Eo y avanzó por la costa. Una segunda expedición lo hizo por las montañas del suroccidente poco después, dando inicio a un movimiento que acabaría por dejar en manos del bando «nacional» una buena parte del Occidente.

El cuartel de Simancas estaba establecido en el antiguo colegio de los jesuitas, un edificio construido en 1890 y que ocupaba una manzana de más de 20.000 metros cuadrados. Construido como colegio, tenía una gran cantidad de ventanas, lo que lo hacía muy vulnerable. Para subsanarlo fueron reforzadas con parapetos de sacos terreros, cabezales de los camastros y con toda clase de protección, y en ellas fueron emplazadas ametralladoras y morteros de 51 mm. El cuartel de Zapadores estaba separado por apenas cuatro calles del de Simancas. Construido como cuartel en un pequeño alto en el llamado Coto de San Nicolás, era un edificio amplio y luminoso, dotado de buenos sótanos que serían aprovechados como refugio. Sus condiciones de seguridad eran mejores que las del Simancas. Estaba muy próximo a la cárcel de El Coto, situada en su flanco oeste, y sólo separados ambos edificios por un pabellón de casas baratas. La prisión fue ocupada por un destacamento de doce hombres de Zapadores, lo que permitió proteger por ese lado el cuartel y sustraerlo a los atacantes.

El ataque con fusiles nada lograba ante los recios muros del cuartel de Simancas, cuyos defensores replicaban con certero fuego de morteros y ametralladoras sobre las casas desde las que disparaban los atacantes. Una de las ideas manejadas por los asaltantes para doblegar la resistencia del cuartel fue la de minar el edificio construyendo una galería subterránea, pero la dureza del terreno impidió seguir adelante con la idea. En la tarde del 24 de julio, en vista de que la artillería disponible no conseguía abrir brechas significativas en los muros del Simancas, se intentó incendiar el cuartel. A tal fin se cargaron dos camiones-cisterna de gasolina en los depósitos de Campsa en El Musel y se reforzaron con planchas de acero. Ninguna de las dos cubas alcanzó su objetivo y el incendio provocado por la segunda fue rápidamente sofocado.

El 29 de julio se presentó ante Gijón el crucero nacional «Almirante Cervera», que a partir de entonces iba a bombardear sistemáticamente diversos objetivos en la ciudad causando daños entre la población civil. Entre los afectados hubo un grupo de súbditos alemanes que iban a embarcar en el crucero alemán «Köln», que se encontraba en El Musel, con el resultado de un muerto y seis heridos.

La guerra civil, en Gijón, pronto fue un asunto en el que se vio implicada toda la población, no sólo los actores directos del enfrentamiento. Durante los primeros días, la guerra alteró totalmente la normal vida ciudadana (comercios cerrados, falta de prensa, suspensión de líneas de comunicación...). Para las personas más significadas de la derecha, la situación se complicó muy rápidamente pues pronto comenzaron a ser detenidas indiscriminadamente.