La 151.ª BM tuvo su bautismo de fuego en la Batalla de Brunete, con la misión de avanzar desde el Monte del Pardo para así envolver los vértices Romanillos y Mosquito desde el flanco derecho de la ofensiva republicana. El 12 de julio quedó asignada a la 47.ª División de Gustavo Durán, que formaba parte de la reserva estratégica. El día 21 la brigada atacó las cotas 660 y 664, logrando conquistarlas durante un corto período antes de volver a perder el control de las mismas. Al día siguiente la 151.ª BM se encontraba en la cabeza de puente republicana del río Guadarrama, y durante los combates que se produjeron resultó herido el comandante de la brigada, Fuentes, que sería reemplazado por el comandante de Infantería de Marina Pedro Muñoz Caro. El 25 de julio, cuando se encontraba situada frente a Brunete, recibió la orden de partir hacia el Frente de Teruel.