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保加利亚军队在伊斯坦布尔方向上以3个集团军组成主要集团，塞尔维亚的主要兵力对付土耳其军队在马其顿的集团，希腊的弗萨利亚集团军和伊皮鲁斯集团军分别准备对付萨洛尼卡和亚尼纳，希腊海军应对土耳其海军采取行动，保证盟国在地中海的制海权，黑山军队的任务是协同塞尔维亚军队在马其顿作战。盟军对土军形成了包围态势，准备在土援军到达之前在巴尔干将土军击溃。
土军统帅部则力图在增援部队抵达前采取积极行动阻止盟军的进攻。土耳其认为保加利亚是最危险的敌人，因而展开其主要集团以对付保军。黑山军与塞尔维亚伊巴尔部队共同对色雷斯北部和阿尔巴尼亚北部的土军作战。
10月，保军越过保土边界向南推进，与土军发生激烈交战，土军处于劣势，且战且退，并在守伊斯坦布尔以西150公里的埃迪尔内筑垒防线。保军于11月对该防线进行了猛烈的进攻，但被凯末尔的人民军击退，保军伤亡惨重，无力继续进攻。
在马其顿，土军于10月对塞尔维亚第1集团军发起进攻，但被击退，土军随后转入防御。不久之后，塞尔维亚各集团军发起总攻，其第2集团军对西南方向实施突击，构成对土军集团右翼的威胁；第1集团军向库马诺沃发起攻势，于10月底占领该地；第3集团军对斯科普里实施翼侧突击，并将其攻克。塞军快速向南推进，11月中旬与希腊部队协同下攻克比托利。马其顿的土军集团开始全面撤退。塞军务兵团进至亚得里亚海沿岸地带，与黑山军共同包围斯库台，希军扫荡伊庇鲁斯境内的土军，包围阿尼纳。在马其顿南部，希军于11月在叶尼杰附近获胜，向萨洛尼卡展开进攻，但遭到土军顽强抵抗，最终未能攻下这座凯末尔的发家之地。
12月1日，阿尔巴尼亚宣布独立。
巴尔干联盟的胜利不符合列强利益。因此俄国在支持巴尔干国家的同时，又担心保军进抵伊斯坦布尔对自己解决黑海海峡问题不利。作为土耳其的秘密盟友，德国和奥匈帝国不希望土耳其实力受到太大的损害。在列强的压力下，1912年12月，土耳其与保加利亚、塞尔维亚签订停战协定，交战各国大使在伦敦就和约条件开始谈判。1913年2月，第一次巴尔干战争以签订伦敦和约而告终。根据这项条约，土耳其丧失其在欧洲的一大半领土。
1913年5月，失去亚得里亚海出海口的塞尔维亚，要求马其顿偿付赔款。希腊也希望牺牲保加利亚以扩大自己的领土，罗马尼亚向保加利亚提出对多