4 июня 1916 года начался Брусиловский прорыв - лучшая военная операция Первой мировой. Это была "лебединая песня" императорской армии. Идея Брусилова была поистине революционной - отказавшись от одного направления главного удара, он решил произвести по одному прорыву на фронте каждой из четырёх своих армий.
Ни в русской, ни в мировой военной практике такая тактика ранее не применялась. Считалось, что это приведёт лишь к распылению сил, а значит, снизит наступательные возможности.
Брусилов и его штаб рассуждали иначе: удары, нанесённые в нескольких местах, не позволят противнику перебрасывать резервы на самое опасное направление, а значит, снизят его способность к обороне.
За несколько часов до начала артподготовки начальник штаба Ставки Верховного главнокомандующего генерал Алексеев по прямому проводу сообщил Брусилову, что Николай II, он же Верховный главнокомандующий, требует сосредоточить удар на одном направлении, перенеся начало наступления на несколько дней. Брусилов упёрся - всё пойдёт так, как было ранее спланировано, или император волен назначить нового командующего. Спасло ситуацию то, что Николай уже спал и об упрямстве Брусилова ему не сообщили. А утром было уже поздно. И победителей не судят.
В истории Первой мировой войны у русской армии не было более успешной операции. Брусиловским прорыв назвали после революции, а в 1916 году он получил наименование Луцкого.
В ходе операции войска Брусилова продвинулись от 80 до 120 км вглубь территории противника, заняли почти всю Волынь, почти всю Буковину и часть Галиции. Общие потери австро-германских сил составили 1 500 000 человек убитыми, ранеными и пропавшими без вести. Поражение, нанесённое армии Австро-Венгрии, полностью подорвало её боеспособность.
Георгиевская Дума при Ставке Верховного главнокомандующего представила Брусилова к награждению орденом Святого Георгия 2-й степени. Однако Николай II удостоил генерала лишь Георгиевского оружия с бриллиантами, что было наградой менее значительной. Очевидно, император не забыл дерзости Брусилова, посмевшего не слушать его советов и наступать по своему разумению.
Неизвестно, повлияло ли это решение на взгляды Брусилова, но в феврале 1917 года он оказался среди тех, кто поддержал отречение императора, а позже поступит на службу в Красную Армию, став руководителем Особого совещания при главнокомандующем всеми вооружёнными силами Советской Республики, вырабатывавшего рекомендации по укреплению Красной Армии. Генерал пишет воззвания, призывая бывших офицеров царской армии поступать на службу к большевикам. В 1921 году Брусилов был председателем комиссии по организации допризывной кавалерийской подготовки, с 1923 года состоял при Реввоенсовете для особо важных поручений, а в 1923–1924 годах был главным инспектором кавалерии РККА.
