Тем временем противник получил первые подкрепления и начал контратаки на р. Стоход. 3 (16) июня 1916 г. решило судьбу дальнейшего развития прорыва Юго-Западного фронта. Если на совещании в Теше-не начальник генерального штаба Австро-Венгрии генерал-полковник Ф. Конрад фон Хётцендорф призывал германцев перебросить все, что можно, на фронт от Бреста до Днестра во избежание разгрома австро-венгерской армии, то новая директива русской Ставки подтвердила наступление Юго-Западного фронта на Ковель и Брест, а Западного — на Кобрин и Слоним. В тот же день было объявлено о прекращении наступления австро-венгерских войск в Южном Тироле.
В результате успешных действий армий Юго-Западного фронта под командованием генерала от кавалерии А. А. Брусилова австрийские войска были вынуждены оставить значительную территорию. Германии пришлось оказывать военную помощь союзнику, отказавшись от активных действий на Западном и Восточном фронтах. Что же касается австрийцев, то после поражения летом 1916 г. они уже не предпринимали активных действий против русских войск до конца кампании.
Прорыв войск Юго-Западного фронта стал последней яркой стратегической операцией русской императорской армии в Первой мировой войне. За успешное руководство войсками фронта генерал А. А. Брусилов был награжден золотым Георгиевским оружием с бриллиантами, а его имя вошло в списки лучших полководцев мировой войны 1914–1918 гг.
С началом Февральской революции А. А. Брусилов вместе с другими главнокомандующими фронтами поддержал отречение Николая II, искренне считая, перемена руководства государством позволит России победоносно закончить войну. Приняв революцию, Брусилов старался сочетать военное дело с новой действительностью. Он был одним из первых генералов, принявших существование солдатских комитетов, и старался наладить с ними рабочие отношения. Несмотря на потрясавший страну революционный вихрь, Брусилов продолжал готовить свои войска к боевым операциям.
В мае 1917 г. генерал от кавалерии Брусилов был назначен Верховным главнокомандующим русскими армиями. До него этот пост в годы войны занимали представители царствовавшего дома (Великий князь Николай Николаевич и сам император Николай II), а с февраля по май 1917 г. — генерал от инфантерии М. В. Алексеев. Теперь перед новым главковерхом революционное Временное правительство поставило задачу провести фронтовую операцию по прорыву вражеского фронта.
Однако начавшееся в июне 1917 г. наступление Юго-Западного фронта обернулось для русских армий катастрофой. Разложившиеся войска отказывались идти в наступление и заменять товарищей в боевых линиях. Успешные поначалу действия превратились в повальное бегство. Пришлось даже вернуть на фронте смертную казнь, отмененную сразу после свержения самодержавия.
Видя поражение своих войск и понимая невозможность дальнейшего руководства полностью небоеспособными армиями, Брусилов подает в отставку. Однако глава Временного правительства А. Ф. Керенский имел свои виды на талантливого генерала. Брусилов был назначен военным советником при правительстве. В Петрограде Алексей Алексеевич оказался в водовороте революционных кризисов. Не имея интереса к политике и не желая быть причастным к партийным интригам, Брусилов подает в отставку и переезжает в Москву.
Там он равнодушно переносит известие об Октябрьской революции. В дни вооруженной борьбы в Москве Брусилов отверг предложение возглавить верные Временному правительству части гарнизона и остался сторонним наблюдателем. Во время артиллерийского обстрела он был ранен в своем доме осколком шрапнели. Оправляясь в течение долгого времени от раны, Алексей Алексеевич вел жизнь затворника, редко встречаясь со старыми сослуживцами.
Раздумья тех дней отразились в его воспоминаниях: «Я больше 50 лет служу русскому народу и России, хорошо знаю русского солдата и не обвиняю его в том, что в армии явилась разруха. Утверждаю, что русский солдат — отличный воин и, как только разумные начала воинской дисциплины и законы, управляющие войсками, будут восстановлены, этот самый солдат вновь окажется на высоте своего воинского долга, тем более если он воодушевится понятными и дорогими для него лозунгами. Но для этого требуется время.