I forbindelse med det tyske angrepet på Norge sluttet Brendberg seg til Fagopposisjonen av 1940, men brøt med denne etter at NKP ble forbudt 16. august 1940. Da Jens Tangen, etter krav fra okkupasjonsmakten, ble innsatt som formann for AFL (LO), ble Brendberg, i samråd med Viggo Hansteen Tangens personlige sekretær. Da Tangen senere ble avsatt som AFL-formann i forbindelse med melkestreiken i september 1941, var Brendberg på reise, og gikk i dekning etter å ha blitt advart om mulig arrestasjon. 31. desember samme år ble han valgt inn i NKPs illegale sentralledelse, og var en av pådriverne for NKPs aktive motstandspolitikk. I 1942 dro han til Sverige, der han jobbet for å styrke samarbeidet med Arbeiderpartiet. Fra 1944 jobbet han igjen aktivt i Norge.