En julio de 1937, bajo el mando de José María Enciso e integrada en el XVIII Cuerpo de Ejército, intervino en la Batalla de Brunete. Las fuerzas de la 10.ª División rompieron las líneas enemigas y cercó Villanueva del Pardillo, donde siguió resistiendo una guarnición de fuerzas franquistas. La población finalmente cayó la madrugada del 11 de julio. Las fuerzas de Enciso también atacaron a la 12.ª División franquista del coronel Asensio Cabanillas, cuyas fuerzas defendían el Vértice de la Mocha; las tropas franquistas fueron expulsadas del Vértice y se retiraron a las afueras de Boadilla. Tras el final de la batalla de Brunete la división, muy desgatada, pasó a retaguardia y quedó incorporada a la VI Cuerpo de Ejército. Con posterioridad el mando de la unidad recayó en el mayor de milicias Víctor de Frutos.