Nel 1949 ottenne la naturalizzazione francese, prima della quale era cittadino italiano. Nato nel 1919 diventò prestissimo professionista. Già nel 1938 il suo nome compariva negli ordini d'arrivo delle maggiori corse francesi, e nel '39 aveva già una certa fama, frutto del secondo posto al Giro dell'Est Central, della vittoria nella prima tappa della Lione-Grenoble-Lione, del secondo posto nlla classifica finale della stessa prova, nonchè del terzo nella volata per la Lione-St Etienne. Bastò il secondo anno da professionista per capire le caratteristiche di questo corridore: uomo da corse a tappe, duro a morire, disposto a mordere il manubrio piuttosto che cedere.
Vince nel '42 una tappa della Vuelta a Espana e viene battuto dal famoso Berrendero nella classifica del Gp della Montagna. Grimpeur di razza, il tozzo Brambilla, infatti nel '43 vince la salita di Mont Chauve, l'arrampicata del Mont Ventoux e, a Carcassonne, il Gp dell'Alta Savoia e del Mezzogiorno di Francia.
Passata la guerra, torna alle corse conseguendo dei buoni risultati: secondo al Gp delle Alpi e al Circuito di Bresse, vincitore del Criterium a Beziers. Nel '46 poi è ottavo alla Ronde de France, settimo nella Monaco-Parigi, primo al Giro dell'Ovest e secondo alla Parigi-Limoges.
Arriva il 1947 per Piero, in quanto ancora italiano, e fa parte della squadra azzurra al Tour de France con Aldo Ronconi. La sua regolarità trionfa: si piazzò tra in primi in molte tappe ed era maglia gialla alla vigilia dell'ultima tappa la Caen-Parigi di 269 chilometri. Ma fu per lui una triste domenica: una piccola cotta e la coalizione Robic-Fachleitner-Teisseire lo sconfiggeranno e il trentaquattresimo posto nella tappa lo retrocederà al terzo posto nella classifica finale. Svanisce un sogno.
Dopo questo Tour, Brambilla rientrò nella mediocrità non ottenendo più grandi risultati. Nel '48 arrivò quindicesimo al Giro di Svizzera, nel '49 secondo al Giro del Marocco, infine nel 1950 undicesimo al Tour de France e quarto al Giro del Delfinato.
Il 9 settembre 1949 divenne cittadino francese in seguito ad un decreto del Presidente della Repubblica Francese.