Под псевдонимом Эву Хеньо, с 27 июля 1937 года, добровольцем, воевал в Испании на стороне республиканцев в эскадрилье истребителей И-15.

17 января 1938 года, в районе города Теруэль, его самолёт был сбит огнём с земли. Степанову удалось приземлиться на территории противника, где он был пленён.
Полгода провёл в тюрьмах. Был приговорён к расстрелу, но 9 июня 1938 года его удалось обменять через Международный комитет Красного Креста на пленного немецкого пилота.

В мае 1939 года, в группе комкора Я.В. Смушкевича вылетел на Халхин-Гол, был назначен командиром эскадрильи в 22-й истребительный авиационный полк.
На истребителе И-15 бис сбил несколько японских самолётов.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 29 августа 1939 года капитану Е.Н. Степанову было присвоено звание Героя Советского Союза (звезда Героя Советского Союза №34).