Latał tam jako obserwator, okazał się przy tym świetnym strzelcem.
12 kwietnia 1916, wraz z pilotem , zbombardowali w Chocimiu Cesarską Armię Rosyjską podczas przeglądu dokonywanego przez imperatora Wszechrusi Mikołaja II. Następnie Brumowski zestrzelił dwa z czterech ścigających ich rosyjskich myśliwców Morane-Saulnier L. 2 maja 1916 Brumowski jako obserwator zestrzelił kolejny samolot.
Ukończył kurs pilotażu, otrzymując 3 lipca 1916 odznakę pilota. Od listopada 1916 służył jako pilot w eskadrze Flik 12 na froncie włoskim, uzyskując 5 zwycięstw powietrznych w niecałe dwa miesiące. W marcu 1917 szkolił się w niemieckiej eskadrze myśliwskiej Jasta 24 na froncie zachodnim, gdzie poznał asa Manfreda von Richthofena – „Czerwonego barona”.
Brumowski był inicjatorem reformowania lotnictwa austriackiego i tworzenia jednostek myśliwskich na wzór niemieckich. Po powrocie z frontu zachodniego został mianowany dowódcą nowo utworzonej pierwszej austro-węgierskiej jednostki myśliwskiej Flik 41J, operującej na froncie włoskim. Latał wówczas na myśliwcu Hansa-Brandenburg D.I (w jednostce tej służył też początkowo inny austriacki as – Frank Linke-Crawford). Na stopień nadporucznika został mianowany ze starszeństwem z 1 sierpnia 1914, a kapitana ze starszeństwem z 1 maja 1917 w korpusie oficerów artylerii polowej i górskiej.