Все командующие фронтами поддержали председателя Государственной Думы. В Ставку была направлена телеграмма Родзянко с припиской Брусилова: «Считаю себя обязанным доложить, что при наступившем грозном часе другого выхода не вижу. Смутное время совершенно необходимо закончить, чтобы не сыграть на руку внешним врагам. Это столь же необходимо и для сохранения армии в полном порядке и боеспособности. Не забудьте, что проигрыш войны повлечет за собой гибель России, а ароигрыш неминуем, если не будет водворен быстро полный порядок и усиленная плодотворная работа в государстве».

Брусилов обратился к Николаю II с призывом отречься от престола. Попытка похода на Петроград отряда генерала Иванова — бывшего командующего Юго-Западным фронтом — также успеха не имела.

Потеряв последнюю опору, Николай II отрекся от престола в пользу своего брата Михаила. Но спасти монархию не удалось. В России была провозглашена республика

11 марта 1917 года войска Брусилова присягнули на верность Временному правительству. Выступая на митинге, командующий фронтом призвал солдат поддерживать в армии порядок и сохранять боевой дух, чтобы она могла защитить свободную Россию. Выступление Брусилова было восторженно встречено солдатами и собравшейся толпой.

Командующий Юго-Западным фронтом попытался навести порядок в своих войсках и препятствовал ведению в них революционной пропаганды. Но в войсках действующей армии уже давно шел процесс разложения, солдаты требовали окончания войны, заключения мира с немцами и возвращения домой. На всех фронтах, на которых побывал Брусилов, войска отказывались идти в наступление.

И все же наступление началось. Перед его началом было достигнуто трехкратное численное превосходство По числу артиллерии русские войска имели двукратное превосходство над противником (1114 орудий). Недостатка в боеприпасах войска также не испытывали

29 июня с рубежей, на которых остановилась русская армия во время знаменитого «Брусиловского прорыва», была проведена артиллерийская подготовка по австро-венгерским позициям Войска Юго-Западного фронта перешли в наступление Главный удар наносили 11-я и 7-я армии Впереди действовала 8-я армия, которую теперь возглавил Л.Г. Корнилов. В ходе наступления были захвачены передовые позиции противника, но дальше солдаты отказались идти, и Брусилов уже не имел возможности повлиять на них.

На помощь австро-венгерским войскам стали прибывать германские части, и утром 19 июля противник перешел в контрнаступление. Без всякого приказа русские полки стали оставлять позиции и уходить с фронта. Массовым явлением стало обсуждение боевых приказов в полковых комитетах. Через неделю немцы взяли Тернополь. Войска 7-й и 8-й армий отступали, увлекая за собой и остальные войска фронта.

На помощь войскам Юго-Западного фронта пришли части Западного фронта. После трехдневной артиллерийской подготовки, уничтожившей почти все укрепления противника, они перешли в наступление, взяли окопы противника и их артиллерийские батареи и вернулись на свои позиции. Больше военные действия не возобновлялись. В ходе июньского наступления русская армия потеряла убитыми, ранеными и пленными 1968 офицеров и более 36 тысяч солдат.

В целях поднятия дисциплины в действующей армии были введены военно-полевые суды и смертная казнь. Сам Брусилов высказался за применение оружия за неисполнение боевых приказов и агитацию в войсках. После провала наступления он запретил солдатам собираться на митинги, а полковым комитетам вмешиваться в оперативные дела.

Но сам Брусилов уже не устраивал ни Керенского, ни большинство офицеров, которым была нужна сильная рука диктатора. Приехав на фронт, Керенский переговорил с генералами, которые требовали принятия самых жестких мер в отношении тех, кто разлагает армию. 19 июля Брусилов получил приказ сдать командование генералу Корнилову и, не дожидаясь его прибытия в штаб, выехать в Петроград.

В столицу Брусилов не поехал, а заявил, что уезжает в Москву, где у него была квартира.

В 1920 году он предложил свои услуги большевикам, которые привлекали к службе в Красной армии бывших генералов и офицеров русской армии. Брусилов был включен в состав особого совещания при главнокомандующем всеми вооруженными силами республики и вскоре стал его председателем. Осенью 1920 года Брусилов был назначен членом Военно-законодательного совещания при Реввоенсовете республики.

В 1923 году он был назначен инспектором кавалерии РККА. В его обязанности входила организация кавалерийских соединений, подготовка командных кадров и руководство Высшей кавалерийской школой. Но долго существовать управлению Брусилова было не суждено. Его расформировали, а самого Брусилова перевели в Реввоенсовет для исполнения особо важных поручений, по сути, уволив в отставку.

Простудившись, Брусилов заболел воспалением легких и скончался 17 марта 1926 года.