A londoni egyezmény rendelkezéseivel elégedetlenek voltak az első Balkán-háborúból győztesen kikerült szövetségesek, s különösen érzékeny problémának bizonyult Macedónia hovatartozásának kérdése. Bulgária, Szerbia és Görögország egyaránt igényt tartott macedóniai területekre. Ugyanakkor a korábbi háborúban semleges Románia váratlanul magának követelte a Bulgáriához tartozó, Duna menti Szilisztra vidékét. Noha a háttérben folytak a tárgyalások, június 29-én a bolgárok hirtelen megtámadátk a macedóniai szerb és görög hadállásokat.

Négy bolgár hadosztály a szerbek ellen indult, egy pedig a görögök ellen. Ez utóbbit július 2-án a görögök megállították, s Kilkisz védelmében beállt a Dojrani-tótól a Kavala városáig húzódó front. A görögök lassú előrenyomulása eredményeképpen július végére a bolgárok a Sztruma folyó völgyébe, a Kresna-szorosig húzódtak vissza. Az északi fronton a szerbek július 9-én a bregalnicai csatával visszavonulásra késztették a bolgárokat, akik elterelő hadművelettel megosztották a szerb sereg figyelmét, és július 18-án Kalimancinál megállították őket. Ezt követően a Sztruma völgyén keserves harcok árán visszafelé nyomták a görögöket is, de időközben Bulgária harapofógóba került. Július 10-én a románok vonultak be Dél-Dobrudzsába, és Észak-Bulgáriát fenyegették, a török sereg pedig július 23-án visszafoglalta Drinápolyt. A bolgár hadsereg a nagy nyomás alatt összeomlott, s július 31-én a szemben álló felek általános fegyverszünetet kötöttek.

1913. augusztus 10-én írták alá a második, és ezzel az egész Balkán-háborút lezáró bukaresti egyezményt, amelynek értelmében Bulgária elveszítette az első Balkán-háborúban megszerzett területek java részét. Macedóniát Szerbia és Görögország között osztották fel, Kelet-Trákiát visszakapták a törökök, Dobrudzsa pedig Romániához került. Egyedül Nyugat-Trákia maradt bolgár fennhatóság alatt.