Na sezon 1966 CSI (ówczesny organ zarządzający Formułą 1) zwiększył dozwoloną maksymalną pojemność silników z 1,5 do 3 litrów; skutkiem tego było otrzymanie przez wiele zespołów niekonkurencyjnych silników. Brabham skorzystał z silników firmy Repco, która skonstruowała silnik oparty w dużej mierze na dostępnych częściach – na przykład blok silnika pochodził od bloku silnika wówczas już nieprodukowanego Oldsmobile’a F-85. Pracujący w firmie Repco inżynier Phil Irving był odpowiedzialny za skonstruowanie konkurencyjnego silnika w krótkim czasie. Niewielu spodziewało się, że w 1966 roku Brabham odniesie sukcesy. Samochody Brabhama były jednak lekkie, niezawodne i zużywały stosunkowo niewiele paliwa, dzięki czemu Jack Brabham wygrał już trzeci wyścig sezonu, Grand Prix Francji; był to pierwszy przypadek w Formule 1, że kierowca wygrał wyścig w samochodzie nazwanym swoim nazwiskiem, później dokonał tego jeszcze tylko Bruce McLaren. Brabham wygrał jeszcze trzy następne wyścigi i zdobył swój trzeci tytuł mistrza świata, stając się jedynym kierowcą w historii Formuły 1, który został mistrzem świata, prowadząc bolid nazywający się tak jak on. W sezonie 1967 mistrzem świata został zespołowy kolega Brabhama, Denny Hulme. Przyczyną tego była prawdopodobnie chęć przetestowania przez Jacka Brabhama nowych części jako pierwszy, co nie zawsze było udane. W latach 1966–1967 Brabham zdobył również tytuły mistrzowskie w klasyfikacji konstruktorów.