К вечеру 7 июля 5-й корпус Модесто приступом взял Брунете. За три дня он прорвал оборону неприятеля по всей глубине и прошел с боями около 30 километров. Авангарды Кампесино и Листера действовали южнее Брунете близ Хетафе и горы Ангелов. Мадридская группировка националистов была полностью охвачена с запада.
Военачальники-коммунисты начиная с Модесто позже уверяли, что корпус мог двигаться дальше – националисты не успели пустить в ход резервы и пока уступали наступающим в вооружении и количестве бойцов. Еще можно было совершить поворот на восток и обрушиться на тылы мадридской группировки Сали-кета.
Однако спланированный в тиши кабинетов генштаба поворот на 90 градусов так и не удалось совершить. Войск и техники оказалось слишком много. На малочисленных и плохих дорогах вокруг Брунете 8-9 июля образовались заторы. А из Валенсии и Мадрида как раз тогда поступили приказы Миахи и Матальяны – сначала овладеть всеми укрепленными селениями вокруг Брунете, хотя они и так находились в кольце и были обречены. Приказы эти преувеличивали опасность ударов во фланг и тыл наступающим дивизиям.
Эти приказы впоследствии одни участники Брунетской битвы называли ошибочными, а другие – вредительскими. Время и силы были бесцельно растрачены. Тем более что небольшие, состоявшие из молодых и неопытных добровольцев-фалангистов гарнизоны селений самоотверженно дрались с многочисленными республиканцами, нанося им существенный урон и лишая их свободы маневра. Сопротивление последнего из них было подавлено только 15 июля.
9-10 июля в сражение вступили воздушные и наземные резервы националистов. Варела решительно и с нескольких сторон контратаковал республиканцев, нанося основные удары в самое уязвимое их место – под основание вбитого Модесто узкого клина. Горловину прорыва стала почти насквозь простреливать артиллерия националистов. К 12 июля они окончательно остановили наступающих.
В воздухе господствовал «Легион Кондора». Он по нескольку раз в сутки большими силами бомбил тыловые дороги, срывая снабжение 5-го корпуса и громя республиканские силы, не успевшие вступить в бой. Вскоре взявшие Брунете республиканцы остались без питьевой воды и почти без боеприпасов. Сражение стали называть «битвой жажды». Доставку воды республиканское интендантство не предусмотрело. Как и у итальянского корпуса при Гвадалахаре, последовали самострелы, самоубийства, стало расти дезертирство и т.д. Часть бойцов, особенно раненых, из-за отсутствия питья и лекарств сошли с ума.
Попытки республиканских истребителей очистить небо от «тримоторес», несмотря на отдельные победы советских летчиков, общего успеха не принесли. Брунетское сражение стало предвестником заката могущества республиканских ВВС. Под огнем германской зенитной артиллерии они несли несоразмерно больший урон, и их активность шла на убыль.