После первомайского парада 1937 года старший лейтенант Серов отправился в Испанию. Здесь его распределили в 1-ю истребительную эскадрилью И-15 под командованием капитана И.Т. Еременко. В конце июля А.К. Серов уже сам командовал этой эскадрильей, а в октябре был назначен командиром авиагруппы истребителей И-15.

Как воевал Родриго Матео (испанский псевдоним А.К. Серова) в Испании известно: совершил 180 боевых вылетов с общим налетом 240 часов, провел 38 воздушных боев, одержал 15 побед (8 лично и 7 в группе), летчики эскадрильи Серова сбили более 70 самолетов, за организацию ночных воздушных боев и успешную штурмовку аэродрома Гаррапинильос награжден двумя орденами Красного Знамени, испанское правительство ходатайствовало о присвоении ему звания Героя Советского Союза.

За избавление Мадрида от ночных бомбардировок председатель правительства Испанской Республики Хуан Негрин наградил летчиков М. Якушина и А. Серова золотыми часами и легковыми автомобилями «Chrysler Royal».

Прилетая в республиканский штаб авиации, Серов выделывал в небе всякие «штучки» для семнадцатилетней переводчицы при группе советских военных советников Аделины Абрамсон. В январе 1938 года, когда закончилась испанская командировка А.К. Серова, они с Аделиной на «крайслере» через Арагон и Каталонию отравились во Францию, в Париж, отсюда – в Гавр. Из Гаврского порта на советском теплоходе – в Ленинград.