Era precisamente coronel de Estado Mayor cuando se declaró la Guerra Civil. Se quedó en el bando del gobierno del Frente Popular. Fue ascendido a general y nombrado jefe de operaciones del Centro. Era fiel colaborador de Largo Caballero, en estos momentos presidente del Goberno. Participó en el asalto al madrileño “Cuartel de la Montaña”. Luchó en los frentes de Andújar, Málaga y Guadarrama. A la sierra madrileña, procedente de Málaga, llegó a principios de agosto, cuando la luch iba perdiendo fuerza; no obstante, se sucedieron nuevos intentos los días 10, 12, 21, 22 y 25 de agosto con resultados negativos. Su columna contaba con 2.800 hombres.
Posteriormente abandona el mando para pasar al valle del Tajo, donde dirigió el asalto al Alcázar de Toledo, sin éxito, así como en Talavera de la Reina e Illescas, donde un nuevo traspiés le valió cierta impopularidad, especialmente entre los comunistas, no obstante lo cual lo nombraron comandante honorario del Quinto Regimiento.
En octubre de 1936 fue designado por Largo Caballero subsecretario del Ministerio de Guerra e intentó organizar un ejército republicano hasta alcanzar el llamado, luego, Ejército Popular. A causa de una campaña de descrédito montada por los comunistas fue cesado en la Subsecretaría de Guerra, acusado de traición, detenido, llevado preso a Barcelona y procesado. Al parecer, gracias a la ayuda de la masonería fue puesto en libertad –aunque fue absuelto por falta de pruebas- e ingresa en el "Gran Oriente de España". Recuperada la libertad, pasó a ser asesor del Ministerio de Defensa y a finales del año 1938 el gobierno Negrín lo designó agregado militar en la embajada española en Washington. En este año parece que publica un epistolario, titulado El General Asensio: su lealtad a la República del que hay un ejemplar en la Biblioteca de la Universidad de Barcelona.
En EEUU tuvo conocimiento de las actividades de rendición de Casado, al cual envió su adhesión por telegrama.
Finalizada la guerra se trasladó a Nueva York. Allí fue un importante propagandista de la República, llegando a ocupar altos cargos en las “Sociedades Hispanas Confederadas” y dirigiendo su periódico España Libre. Dió clases de español.
En febrero de 1949 fue nombrado ministro sin cartera en el Gobierno de la República en el exilio presidido por Álvaro de Albornoz. En enero de 1956 será ministro consejero en Nueva York en el gabinete presidido por Gordón Ordax y, en mayo de 1960, en el goberno que presidía el general Emilio Herrera, ministro delegado en Washington.
Ferrer Benimelli afirma que Asensio perteneció a la logia “Lealtad Española”, de Nueva York, dependiente del “Gran Oriente Español”.