22-årige Brooksby från USA gick ut hårt mot norrmannen, som efter Nadals utträde ur turneringen fått bära favorittröjan.
Första set vanns med 6–3, vilket följdes upp med 7–5. Brooksby lyckades till och med skaka fram tre matchbollar i tredje set, innan 24-åringen från Oslo vaknade till och via tiebreak förlängde matchen.
Men det här var inte norrmannens dag på Rod Laver Arena i Melbourne. Fjärde set skrevs 6–2 till Brooksby, och norrmannen är därmed utslagen.
Andrej Rublev är vidare till tredje omgången efter att ha besegrat Finlands Emil Ruusuvuori i Australian Open.
Världssexan från Ryssland kopplade tidigt greppet och tog en 2–0-ledning i set. Visst blåvitt topp tändes efter en tiebreakseger som reducerade setsiffrorna till 2–1, men därefter vann Rublev det fjärde med 6–3.
Ruusuvuori, rankad 46, medger att han inte hade särskilt mycket att sätta emot.
– Han kom in het, han spelade för snabbt, för hårt. Jag var inte beredd på det, säger 23-åringen.
På vilket sätt var du inte beredd?
– Det kändes som att bollarna inte kommit så snabbt på länge, jag rörde mig inte snabbt nog. Det kändes som att det var något jag inte gjort på länge, det tog lite för lång tid att komma i gång. Men också inställningen, att jag måste veta att det är så här de kommer att spela.