El 6 de julio Modesto y su cuerpo de ejército (compuesto por las divisiones 11.ª, 46.ª y 35.ª) participan en la ofensiva republicana de Brunete, que tenía como objetivo el cerco de las divisiones franquistas que asediaban Madrid desde la Casa de Campo y la Ciudad Universitaria. Los avances republicanos fueron importantes pero para el día 15 la ofensiva republicana queda detenida y unos días comienza el contraataque franquista, que consigue recuperar terreno y las operaciones se dan por terminadas. Las pérdidas del V Cuerpo fueron muy elevadas aunque logró conservar algunas localidades reconquistadas. No obstante, la actuación de Modesto durante la batalla recibió elogios de parte de algunos mandos republicanos, como los que hizo el Coronel Menéndez López en su informe: