Obrona twierdzy brzeskiej – polskie działania obronne we wrześniu 1939 roku mające na celu obronę twierdzy i miasta przed nacierającymi wojskami niemieckimi i sowieckimi.
2 września 1939 roku twierdza brzeska została pierwszy raz zbombardowana przez Luftwaffe. W twierdzy znajdowały się wówczas bataliony marszowe 35 i 82 Pułku Piechoty, oraz inne jednostki wojskowe, a także mobilizowani rezerwiści. 11 września komendantem twierdzy i dowódcą jej obrony został mianowany generał Konstanty Plisowski, który z dostępnych mu ludzi (ok. 2-2,5 tysiąca żołnierzy) sformował 4 bataliony - 3 piechoty i jeden inżynieryjny. Obrońcy twierdzy dysponowali pewną liczbą dział, dwoma pociągami pancernymi (53 i 55) oraz 15 przestarzałymi czołgami FT-17. Obrońcy nie dysponowali natomiast bronią przeciwpancerną.
13 września z twierdzy ewakuowano przebywające tam rodziny części obrońców, teren zaminowano, przygotowano okopy, a przy bramach ustawiono czołgi. Do Brześcia zmierzał XIX Korpus Pancerny generała Heinza Guderiana. Celem działań niemieckich było zajęcie miasta i twierdzy tak, aby nie dopuścić do połączenia się obecnych tam wojsk polskich z SGO Narew.
14 września 77 czołgów z 10 Dywizji Pancernej próbowało wziąć twierdzę z marszu, ale przy okupieniu się ciężkimi stratami, obrońcy atak odparli.
16 września 10 Dywizja Pancerna oraz 20 Dywizja Zmotoryzowana przystąpiły do nowego szturmu, lecz i on został odparty a ranny został Plisowski. W nocy z 16 na 17 września Plisowski wydał rozkaz opuszczenia twierdzy w celu ewakuacji do Terespola. Odwrót osłaniały części 83 Pułku Piechoty z kapitanem Radziszewskim na czele. Wkrótce potem Niemcy zajęli twierdzę. Tymczasem pod twierdzę podeszła już Armia Czerwona, która chcąc wesprzeć ofensywę niemiecką rozpoczęła pogoń za uchodzącym zgrupowaniem Plisowskiego.
Zgodnie z paktem Ribbentrop-Mołotow, twierdza leżała w strefie interesów radzieckich, wobec czego 22 września Wehrmacht przekazał kontrolę nad twierdzą Armii Czerwonej.
Po 1945 roku polskie miasto Brześć wraz z twierdzą, zostało na mocy paktu Hitler-Stalin z 1939 roku, wcielone siłą do ZSRR a za zgodą aliantów (Jałta) oddane do radzieckiej strefy okupacyjnej.