A vitória em Chester-le-Street manteve a Inglaterra viva em uma série de cinco partidas com 2-1 a menos e duas para jogar.
A Inglaterra caiu para 11-2, buscando 305 para vencer, depois que o arremessador rápido canhoto Mitchell Starc removeu os abridores Phil Salt (zero) e Ben Duckett (oito) no espaço de quatro bolas.
Mas Will Jacks (84) e Brook (110 não eliminados) responderam à pressão da situação adicionando 156, com a dupla do terceiro postigo mostrando bom julgamento e habilidade para fazer arremessos.
A chuva interrompeu o jogo com a Inglaterra se aproximando da vitória em 254-4 em 37,4 overs.
Mas eles estavam 46 corridas à frente de onde precisavam estar sob o método Duckworth-Lewis-Stern para partidas afetadas pela chuva.
E com uma chuva torrencial significando que não era mais possível jogar, isso significava que a Inglaterra havia encerrado a sequência de 14 vitórias consecutivas de ODIs da Austrália.
Mais cedo, a Austrália fez 304-7 depois que Brook ganhou o cara ou coroa.
Alex Carey estava 77 não eliminado, com o batedor estrela Steven Smith fazendo 60. O lançador rápido da Inglaterra Jofra Archer levou 2-67.
A série continua em Lord’s na sexta-feira.