Наступление началось довольно многообещающе. На рассвете 5 июля республиканские войска неожиданным ударом прорвали фронт и за день отбросили ошеломленную 71-ю дивизию на 14–15 километров. Важнейшие точки националистов — Брунете, Кихорна, Вильянуэва-де-ла-Каньяда, Вильянуэва-дель-Пардильо были окружены. В штабе Саликета в Авиле и в ставке Франко отмечалось замешательство.

Получив известия о прорыве «красных» к Брунете, каудильо мгновенно почуял опасность и единственный раз за всю войну растерялся. Его офицеры позже вспоминали, что он вошел в штаб с взволнованным криком: «Они разнесли на куски весь Центральный фронт, весь!» Но хладнокровие быстро вернулось к каудильо. Зная цену скромному и лояльному, но ограниченному Саликету, Франко спешно назначил ему в помощники «ответственным за оборону и контрнаступление» честолюбца-монархиста Варелу. Ставка каудильо выделила Саликету и Вареле резервы — две наваррские бригады и «Легион Кондора».

Республиканские же газеты вышли с огромными ликующими заголовками:«Наш успех у Брунете!», «Республика наступает на Брунете!» Правительство в Валенсии собиралось отметить победу банкетом. Мероприятию воспрепятствовал скептик Асанья.

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 Саликета.

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.

Затем националисты перехватили инициативу в наземных боях. 18 июля Варела развернул общее наступление, намереваясь окружить и уничтожить обескровленные, лишенные пополнений и обезумевшие от жажды дивизии республиканцев севернее Брунете. Генерал Саликет тем временем предпринял атаки у Сеговии и Ла-Гранхи и тоже стал теснить противника. К 23 июля националисты вернули назад территорию, оставленную ими в конце мая.

На Брунетское направление прибыл встревоженный военный министр Прието. Но его поездка не изменила неуклонного развития событий в пользу националистов (хотя их военный министр не приезжал на передовую).

25 июля под натиском противника покатилась на север разгромленная 11-я дивизия Листера, потерявшая к тому времени в боях 60 % состава. По мнению ее командира, в поражении виновна была соседка — дивизия Кампесино, который оказался себялюбцем и самодуром. Потом без приказа отступил и Кампесино, взвалив в свою очередь вину на всех прочих командиров и высшее командование.

Боеспособность к концу битвы сохранили только интернациональные войска Вальтера и Клебера, прикрывавшие отход или бегство остальных.

27 июля дымящиеся развалины Брунете снова оказались в руках националистов. Дважды за войну республиканцы брали Брунете и оба раза вскоре оставляли его.

Предприимчивый Варела намеревался эксплуатировать успех и преследовать противника до стен Мадрида. Вполне вероятное продолжение операции было запрещено Франко, считавшего главной задачей завоевание Севера. По другим данным, каудильо опасался роста славы Варелы и только поэтому воспрепятствовал его инициативе.

Впрочем, территориальный успех был на стороне Республики. Подобно Роатте при Гвадалахаре, Миаха отстоял более половины района, занятого к 8 июля. Север получил желанную передышку. Националисты почти на месяц отсрочили наступление на Сантандер, поэтому сторонники Республики назвали Брунетское сражение ее победой.

Однако снять осаду со столицы не удалось. Республиканское командование было не в состоянии выполнить собственный план двустороннего охвата войск Саликета. Оно атаковало их только с севера, запланированного же удара с востока не последовало. Сосредоточенный на Хараме 21-й корпус республиканцев (20 000 штыков) из-за сомнительных действий его командира — полковника Касадо фактически не принял участия в сражении.

Серьезную пользу брунетской группировке могли принести отвлекающие атаки республиканцев на Мансанаресе. Этого Миаха, Рохо и Прието тоже не сделали (да и не планировали), чем улучшили положение Саликета и Варелы.

Брунетская операция показала, что с введением обязательного призыва в армию качество республиканских войск стало ухудшаться. Доля прошедших Мадрид, Хараму и Гвадалахару добровольцев сильно снизилась. Подготовка же призывников оставалась на крайне низком уровне, и в бою они соответственно были нестойкими. При обострении обстановки многие новобранцы легко поддавались националистической пропаганде, сразу настраивались на отступление, дезертирство или переход на сторону противника. Перебежчики часто оставляли записки:«Не хотим, чтобы нами командовали иностранцы». Это заявление было камнем в огород интернациональных бригад и военных советников из СССР.