27 июня (9 июля) 1867 года поступил в Пажеский корпус. Окончил его 17 (29) июля 1872 года, был выпущен в 15-й драгунский Тверской полк. В 1873—1878 годах — адъютант полка. Участник русско-турецкой войны 1877—1878 годовна Кавказе. Отличился при взятии турецких крепостей Ардаган и Карс, за что получил орден Святого Станислава 3-й и 2-й степеней и орден Святой Анны 3-й степени. В 1879—1881 годах был командиром эскадрона, начальником полковой учебной команды.
В 1881 году прибыл для прохождения службы в Санкт-Петербург. В 1883 году окончил курс наук отдела эскадронных и сотенных командиров по разряду «отличных». С 1883 года служил в Офицерской кавалерийской школе: адъютант; с 1890 года — помощник начальника отдела верховой езды и выездки; с 1891 года — начальник отдела эскадронных и сотенных командиров; с 1893 года — начальник драгунского отдела. С 10 ноября 1898 года — помощник начальника, с 10 февраля 1902 года — начальник школы. Брусилов стал известен не только в России, но и за границей как выдающийся знаток кавалерийских езды и спорта.