Se llevó a cabo una investigación sobre la extracción asistida por ultrasonido (UAE) de extractos acuosos ricos en polifenoles a partir de los orujos de mora, saúco y frambuesa. El objetivo del estudio fue elegir las condiciones óptimas para la UAE con el fin de obtener extractos ricos en compuestos fenólicos. La optimización se realizó basándose en la metodología de superficie de respuesta. Las condiciones variables fueron la amplitud de la onda ultrasónica y el tiempo de extracción, mientras que las respuestas fueron el contenido total de polifenoles y la capacidad antioxidante. Basándose en el análisis de ANOVA, se ajustaron y verificaron modelos matemáticos. Las condiciones más efectivas de amplitud y tiempo fueron 98% y 5.00 min, 78% y 10.32 min, y 90% y 11.56 min para el orujo de mora, el orujo de saúco y el orujo de frambuesa, respectivamente. Los resultados reales obtenidos en condiciones optimizadas fueron comparables a los resultados predichos por los modelos. Además, se determinó el contenido de antocianinas en los extractos mediante el ensayo de cromatografía líquida de alta resolución. Se demostró que la metodología de superficie de respuesta podría ser una herramienta útil en la optimización de los procesos de UAE para obtener extractos ricos en polifenoles a partir de los orujos de frutas del bosque.