El 5 de agosto se traslada al aeródromo de Tetuán para embarcar su Tercio en el puente aéreo que se ha organizado hacia la Península.

Participa en los combates para la liberación del Alcázar de Toledo, y posteriormente en Madrid, tomando en noviembre los objetivos de la Columna Barrón en la Ciudad Universitaria.

En octubre de 1937, siendo ya teniente coronel, se le habilita para ejercer el empleo inmediato superior y mandar una Brigada.

En 1938 ya se encuentra al mando de la 17.ª División del Ejército franquista, unidad que cubre el frente del Jarama.

Con su 262.º Regimiento y el Grupo de Reconocimiento n.º 250, Pimentel releva a la 18.ª División Motorizada alemana, y cubre el sector Sur de la División, desde la desembocadura del río Veriazha en el Lago Ilmen, hasta Grigorovo; Pimentel monta su Puesto de mando en la Plaza Stalin del Kremlin de Nóvgorod.