El 13 de septiembre la 140.ª BM fue enviada como refuerzo al frente del Ebro, como refuerzo a las fuerzas republicanas de este sector. El día 19 relevó a la 227.ª Brigada Mixta en la zona al noroeste de Puebla de Masaluca, posición en la que permaneció hasta el 6 de octubre —cuando fue sustituida por la XIII Brigada Internacional—; a diferencia de otras unidades republicanas, en este periodo la 140.ª BM no participó en duros combates. Tres días después, el 9 de octubre, hubo de regresar al frente de batalla en la zona de la Venta de Camposines. El día 15 hubo de resistir un fuerte embestida enemiga, si bien mantuvo sus posiciones a costa de algunas bajas —destacando la muerte del jefe del 560.º batallón, el mayor Vicente Sagarduy—. El 8 de noviembre, durante la última contraofensiva franquista, la 140.ª BM sufrió el cerco de su compañía de ametralladoras y de una compañía del 559.º batallón, que se tradujo en graves bajas. Tres días después, debido a la retirada de la 226.ª Brigada Mixta, sufrió un nuevo cerco enemigo que provocó abundantes pérdidas a la unidad; gravemente quebrantada, el día 13 cruzó el Ebro por la zona de Flix.