Unos meses después el ejército republicano emprendió una importante ofensiva cerca del Frente de Madrid, que pretendía cercar a las unidades franquistas que cercaban la capital. Para aquella operación concentraron a una fuerza de 140-200 aviones, además de abundante artillería y carros de combate. Los combates comenzaron al amanecer del 6 de julio, cuando la 11.ª División del comandante Líster sobrepasó las líneas franquistas y alcanzó Brunete al cabo de unas horas, a la que se unieron otras localidades en los siguientes días como Villanueva de la Cañada, Quijorna o Villanueva del Pardillo. La aviación también se mostró muy activa: El día 8 el yugoslavo Boško Petrović derribó el primer Messerschmitt Bf 109 en la historia. La ofensiva de la República pronto encontró una fuerte oposición, además de la llegada de la Legión Cóndor. El 25 de julio las operaciones militares finalizan tras la reconquista franquista de Brunete. Los republicanos sufrieron numerosas bajas, así como importantes pérdidas materiales con alrededor de 100 aparatos destruidos, frente a los 23 que han perdido los sublevados y sus aliados.