Pełniąc służbę w c. i k. Lotnictwie pozostawał oficerem nadetatowym Dywizjonu Artylerii Konnej Nr 6, który w 1916 został przemianowany na Dywizjon Artylerii Konnej Nr 8, a w 1918 przeformowany w Pułk Artylerii Polowej Nr 8K.
Latem 1917 eskadra Flik 41J otrzymała nowsze samoloty Oeffag D.III (licencyjne Albatrosy D.III). Na samolocie tego typu tylko w sierpniu Brumowski odniósł 12 zwycięstw w ciągu 16 dni. W tym też okresie przemalował swój samolot na czerwono, na wzór von Richthofena, malując na nim godło osobiste – białą czaszkę na czarnym tle. 11 października 1918 objął dowództwo nad całością austriackich sił lotniczych na froncie włoskim w rejonie Isonzo.
Podczas wojny Brumowski uzyskał 35 zestrzeleń oficjalnie zaliczonych (w tym 5 balonów) oraz 8 prawdopodobnych, co postawiło go na pierwszym miejscu wśród wszystkich pilotów Austro-Węgier. W Austrii uznany został za bohatera narodowego i dosłużył się stopnia podpułkownika. Jako jeden z 12 austro-węgierskich pilotów otrzymał złoty Medal Waleczności (1918) (a jako jeden z 18 lotników Order Korony Żelaznej III klasy) i inne odznaczenia. 23 czerwca 1918 uzyskał zezwolenie książęce na ubieganie się o najwyższy Order Marii Teresy, z czego nie skorzystał, nie chcąc prosić o order.