保加利亞自多瑙河至愛琴海共集中５個集團軍，計３６萬人，發動大規模進攻。塞爾維亞總動員約３０萬人，希臘投入１２萬人，黑山也出動１.２萬人，在兵力上占有一定優勢。
戰爭一開始，準備不足的保加利亞上層指揮即處於混亂狀態，無法有效調動兵力，致使攻擊未達既定目標。塞軍很快占了上風，自７月１日起即轉入反攻，迫使保軍第四集團軍倉皇潰退，損失多達２萬餘人。
希軍所麵對的保加利亞第二集團軍共３.６萬人，在７月４日的交戰中，保軍全麵敗退，共有４２２７人戰死，另有１９７７人受傷和７６７人失蹤。希軍共俘虜保軍官兵６０００餘人和１３０門大炮，希軍自身也有８７００人的傷亡。此役為第二次巴爾幹戰爭中，保軍所蒙受的一次最大的損失。
在爭奪薩洛尼卡的戰鬥中，希軍堅守成功，而保軍則失敗而退。
７月１１日，希軍和塞軍在馬其頓會師。此後，保軍雖取得一些局部性勝利，但卻無法扭轉大局。
正在此時，在旁窺伺已久的羅馬尼亞卻乘機於７月１０日向保加利亞宣戰。
７月１４-１５日，羅軍２５萬人越過多瑙河進入保加利亞領土，由於保軍主力盡在西方和西南方禦敵，國內空虛，無力阻擋羅軍前進；７月２３日，羅騎兵已逼近保首都索菲亞。羅軍在前進過程中幾乎未遇任何抵抗，所遭受到的唯一損失是突如其來的霍亂，導致羅軍死亡６０００餘人。眼看昔日的敵人已盡陷內訌，一片混亂，土耳其遂決定趁火打劫，於７月１２日向保加利亞突然發動進攻。土軍２０餘萬人投入戰鬥，７月１９日，保軍棄守亞得裏亞堡；７月２３日，土軍重占該城。在戰鬥過程中，土軍幾未遭任何重大損失。和羅軍一樣，因遭霍亂來襲，共有４０００多人死於該疾病。
陷入四麵楚歌境地的保加利亞隻得尋求用外交手段來擺脫行將到來的滅頂之災。７月２２日，保王斐迪南通過意大利駐布加勒斯特大使向羅馬尼亞國王卡羅爾發出求和呼籲。羅軍隨即停止進攻索菲亞，使保加利亞首都幸免兵燹之災。此時歐洲列強也出麵敦促交戰各方盡快停火，隨後羅馬尼亞政府建議以布加勒斯特為和談地點，得到塞爾維亞和希臘的同意。７月３１日，交戰各方簽訂停戰協定。
經過１０天艱苦的談判，８月１０日，由塞爾維亞、希臘、黑山和羅馬尼亞為一方與保加利亞終於簽訂《布加勒斯特和約》，依約，塞爾維亞得到馬其頓的北部，希臘獲得色雷斯的西部、伊皮魯斯的大部和馬其頓的南部，羅馬尼亞幾不費吹灰之力得到南多布羅查。塞爾維亞和黑山瓜分了新帕紮爾的桑賈克。保加利亞損兵折將，隻得到馬其頓東南的一個小角落。
同年９月６日，保加利亞和土耳其在君士坦丁堡開始和談。９月３０日簽訂《君士坦丁堡和約》，它使保加利亞失去東色雷斯，同時土耳其還乘機收回亞得裏亞堡。
在這兩個和約簽署期間，倫敦６國大使會議在１９１３年７月２９日作出承認阿爾巴尼亞獨立的決議，但仍將它置於６國控製之下，為期１０年；國家首腦為６大國挑選的君主。列強的控製則通過由７個成員（６大國代表６人和阿爾巴尼亞代表１人）組成的國際監督委員會來行使。國際監督委員會負責監督整個民事行政和全部國家預算，使阿爾巴尼亞的獨立有名無實。阿爾巴尼亞問題的解決雖僅是兩次巴爾幹戰爭期間所誕生的一個小插曲，但對此後巴爾幹半島的局勢也產生了不小的影響。而６大國將科索沃劃歸塞爾維亞之舉，則為巴爾幹以後的動亂埋下禍根。
四、第一次世界大戰的前奏
兩次巴爾幹戰爭使該半島各國人民都蒙受了重大的損失。保加利亞共有３.２萬人陣亡，１１萬人受傷，３.４萬人死於疾病；塞爾維亞則有３６５５０人戰死，５.５萬人受傷；希臘損失雖少，但也有７７３２人戰死，４２８６９人負傷。對於這些小國，尤其是傷亡特別慘重的保加利亞來說，兩次巴爾幹戰爭意味著一整代人的消失。至於物質上的損失更是難以估計，塞爾維亞的損失大約是５.９億法郎，黑山的損失估計是１億法郎，希臘的損失大概是４.６７億法郎，保加利亞損失最慘重，約為１３億法郎。如此巨大的損失對本來就很落後的巴爾幹各國來說無疑是雪上加霜，極大地阻礙了它們現代化的進程。