Ayant de l’expérience en médecine d’urgence, Françoise Brauner répond en 1937 à l'appel du gouvernement espagnol de la Seconde République pour la venue de médecins et d'infirmières qui faisaient défaut sur le front de Madrid, et exerce dans un grand centre hospitalier militaire à Benicassim, dans le service de chirurgie dirigé par le médecin tchèque Bedrich Kisch, puis dans l'équipe américaine . En tant que médecin, Françoise reçoit le grade de lieutenant dans les Brigades internationales. L'hôpital est resté ouvert de décembre 1936 à avril 1938 et plus de 7000 blessés et convalescents brigadistes espagnols et étrangers y ont séjourné. Elle travailla également dans un foyer pour enfants évacués de Madrid et des Asturies après la destruction de Guernica, où elle assurait la surveillance médicale des enfants. Finalement, Françoise rentra en France après la défaite de la République espagnole.