ב-1 בספטמבר 1939 פלשה גרמניה הנאצית לפולין ונפתחה מלחמת העולם השנייה, כאשר בהתאם לקווי המדיניות של המלך הכריז ראש ממשלת בולגריה גאורגי קיוסאיבנוב על נייטרליות. בפברואר 1940 מינה המלך בוריס את פרופסור בוגדאן פילוב לראשות הממשלה ואת פטר גברובסקי לשר הפנים. ב-7 בספטמבר 1940 חתמה בולגריה הסכם אי לוחמה עם טורקיה. באותו היום נחתם הסכם קראיובה, במסגרתו הוחזר אזור דרום דוברוג'ה לחזקת ממלכת בולגריה, צעד שחיזק את האוריינטציה הפוליטית וזיקת ההמונים למדינות הציר. ב-23 בינואר 1941 פורסם החוק להגנת האומה, שדמה במתכונתו לחוקי נירנברג.
ב-1 במרץ 1941 חתם בוגדאן פילוב בווינה על ההסכם התלת-צדדי ובולגריה הפכה רשמית לבעלות בריתן של מדינות הציר. עוד טרם החתימה, נכנס הוורמאכט ללא קרב לשטח בולגריה והשתמש בה כקרש קפיצה לפלישות ליוון ויוגוסלביה. למעשה, בולגריה לא הייתה מעולם שטח כבוש בידי גרמניה הנאצית ולא היו בה כוחות צבא גרמנים גדולים, להוציא מספר יחידות אבטחה וצי אשר אבטחו את החוף האגאי שמדרום לתראקיה.
בין הפטיש לסדן.
בברית מדינות הציר.
ב-17 באפריל נכנעה לגרמנים ממלכת יוגוסלביה וב-20 באפריל נכנעה גם ממלכת יוון. הצבא הבולגרי נכנס ללא קרב ותפס חזקה על תראקיה ומקדוניה, כאשר הוא פותח נתיב גישה לים האיגאי בהגיעו עד לעיר אלכסנדרופולי.
ב-13 בדצמבר 1941 נאלצה בולגריה בלחצה של גרמניה להכריז מלחמה על ארצות הברית ובריטניה, צעד שהפך את הממלכה מטרה להפצצות בעלות הברית. מבצע ברברוסה בו החלו הגרמנים, הוליד גל של תנועות פרטיזנים פרו קומוניסטיות אשר זינבו בצבא הבולגרי והגרמני. בולגריה המשיכה לקיים יחסים דיפלומטיים עם ברית המועצות למרות הצטרפותה למדינות הציר. הגרמנים הפעילו לחץ כבד על המלך וממשלתו לצרף בפועל את הצבא הבולגרי לחזית הרוסית, אך הבולגרים חזרו והתחמקו מתשובה. ב-28 באוגוסט 1943, לאחר ביקור בזק בגרמניה לקה המלך בוריס השלישי בהתקף לב והלך במפתיע לעולמו. בנו בן ה-6, הוכתר למלך סימאון השני ומונתה מועצת עוצרים בראשות הנסיך קיריל, אחיו של המלך בוריס ובוגדאן פילוב ראש הממשלה.
חורבנה של סופיה.
לאחר הכרזת המלחמה של ממלכת בולגריה על בעלות הברית נחשפה הממלכה להתקפות אוויר שעשו שמות בעריה. בין נובמבר 1943 ועד אפריל 1944 נערכו מספר יעפי הפצצה על העיר סופיה, שבוצעו על ידי מפציצים בריטיים ואמריקניים אשר המריאו מדרום איטליה ובין היעדים שהותקפו היו מבני ציבור, שדה התעופה ותחנת הרכבת. ב-30 במרץ 1944 החריבו 370 מפציצים אמריקאיים מדגם בי-24 ובי-17 את המרכז ההיסטורי הישן של העיר סופיה. בסך הכל נהרגו בהפצצות 1,374 אזרחים וחיילים, 1,743 נפצעו ו-12,564 מבנים ניזוקו קשות, מתוכם 2,670 נהרסו לחלוטין. מרכז העיר סופיה אותה הפך בעמל רב פרדיננד הראשון, לאחד האתרים היפים בבלקן, הפך לעיי חורבות. הפצצות כבדות נערכו גם בעיר פלובדיב אשר בסמוך אליה היו ממוקמים מפעלי תעשייה ותחמושת. עיקר ההפצצות בוצעו בתחילת 1944, נערכו במשך ימים רצופים בעיקר בשעות הלילה וחלקן אף פגעו בעיר עצמה.
סיום המלחמה.
חזרה לנייטרליות.
ב-20 באוגוסט 1944 פתחו הרוסים במבצע יאשי-קישינב השני ונכנסו לשטחי רומניה. ב-23 באוגוסט, רומניה הכריזה מלחמה על גרמניה הנאצית והצטרפה לבעלות הברית. המבצע שארך 9 ימים הוביל לקריסת המערך הרומני-גרמני, חלקים נרחבים מרומניה, מולדובה ובוקובינה נכבשו, ונפל המשטר הפרו-נאצי של הגנרל יון אנטונסקו. ב-31 באוגוסט נכנס הצבא האדום לבוקרשט.
ב-27 באוגוסט הודיע ממשלו של איוואן בגריאנוב על חזרה לנייטרליות ונסיגה מההסכם התלת-צדדי. בשלב הזה רומניה כבר הייתה חלק מבעלות הברית, והרוסים שינעו כוחות כבדים לכוון הדנובה במהירות וללא מאבק. בגריאנוב מסר לגרמנים 8,000 קרונות ועגלות רכבת בולגריים, כדי להאיץ את נסיגתם מבולגריה. פעולה זו של בגריאנוב מיצבה אותו בעיני חזית המולדת כמשתף פעולה עם הנאצים.
באותו היום הודיעו הגרמנים על רה אורגניזציה בכוחותיהם בבולגריה, ועל הקמת 6 קבוצות קרב בסמוך לערים: וארנה, רוסה, פלובדיב, סופיה, וידין ודופניצה. הפיקוד העליון הורה להם לעבור לכוננות עליונה, לקראת פעילות אנטי-גרמנית בבולגריה. במקביל, כוחות גרמניים שנסוגו מרומניה בהמוניהם, עברו חמושים ועם ציוד מלא, דרך בולגריה לכיוון יוגוסלביה. עד 30 באוגוסט, הטביעו הגרמנים 74 ספינות מלחמה ושיטור בולגריות בנמלים השונים.
ב-30 באוגוסט הודיע סטלין שברית המועצות לא תכיר בנייטרליות של בולגריה. איוואן בגריאנוב שלח מסר דחוף לרוסים ובו ציין כי כל הכוחות הזרים בבולגריה יפורקו מנשקם. במקביל הורה רשמית לכוחות הגרמניים בבולגריה, לעזוב לאלתר את המדינה. במקביל, החלו חיילים בולגרים לפרק מנשקם חיילים גרמנים בחבל דרום דוברוג'ה. עם זאת, עמד בגריאנוב על דעתו שלא להכריז מלחמה על גרמניה, אלא להישאר בנייטרליות
ב-2 בספטמבר 1944 הוחלף ממשלו של בגריאנוב וקונסטנטין מוראבייב התמנה לראש הממשלה. ב-4 בספטמבר החלו שביתות והפגנות ברחבי בולגריה שהובלו על ידי חזית המולדת. מוראבייב בשלב הזה עדיין לא היה מעוניין להכריז מלחמה על גרמניה, בטענה שזה יעודד את הסובייטים לפלוש לבולגריה בכדי "לעזור" לבולגרים. ב-5 בספטמבר החליטה בולגריה על ניתוק היחסים הדיפלומטיים עם גרמניה, אך עיכבה את הודעתה ביומיים, בכדי לאפשר לכוחות הצבא הבולגרי לסגת ממקדוניה הווארדארית, לאחר שקיבלו אולטימטום גרמני והתפרקו מנשקם.
ההצטרפות לבעלות הברית.
קיימות מספר גרסאות לגבי מועד הפלישה הסובייטית לבולגריה וההבדלים הם בעיקרם בין גרסאות "מערביות" לרוסיות. לפי גרסה אחת:
בשעות אחר הצהריים של ה-7 בספטמבר הכריזה בולגריה מלחמה על גרמניה הנאצית, אך עוד בבוקרו של אותו היום הכריזה ברית המועצות מלחמה על בולגריה, וזאת ללא התייעצות עם בעלות בריתה ארצות הברית ובריטניה. ההכרזה לדידם של הסובייטים הייתה כדי "לעזור לבולגרים". בדיוק האירוע ממנו חשש קונסטנטין מוראבייב. וכך, בבוקרו של ה-8 בספטמבר, נוצר מצב בו בולגריה הייתה רשמית במלחמה גם עם מדינות הציר וגם עם בעלות הברית.
בבוקרו של ה-8 בספטמבר חצו כוחות את הצבא האדום את הדנובה וכבשו את צפון מזרח-בולגריה כולל הערים וארנה ובורגס. הצבא הבולגרי לא התנגד. כבר ב-8 בספטמבר בשעות הערב, פלוגות משמר של חזית המולדת שהובלו על ידי קצינים מחוג זוונו, הפילו את הממשלה ותפסו עמדות מפתח בסופיה. ב-9 בספטמבר הגיעו כוחות הצבא האדום לסופיה, ועם רוח גבית מהם הוקמה באותו היום ממשלת חזית המולדת, וקימון גאורגייב מונה לראש הממשלה.
לפי גרסה שנייה, רוסית: ב-5 בספטמבר 1944 הגיעו כוחות "החזית האוקראינית השלישית" תחת פיקודו של פיודור טולבוחין לגבול בולגריה-רומניה, באזור דרום דוברוג'ה וחצו אותו. הרוסים לא נתקלו בכל התנגדות מצד הצבא הבולגרי. ב-7 בספטמבר הטילו מטוסים רוסיים עלונים (פליירים) בכל רחבי בולגריה, ובהם פנייה מהגנרל טולבוחין לעם הבולגרי ולצבא הבולגרי, לא להתנגד ולסייע לכוחות הצבא האדום שהגיע לשחרר אותם. ב-9 בספטמבר הגיעו כוחות הצבא האדום לסופיה.
גרסה נוספת קובעת כי, ב-1 בספטמבר הגיעו כוחות הצבא האדום לגבול בולגריה-רומניה, ופנו לממשלת בולגריה בבקשה לחצות את הגבול לשטחה. ממשלו של איוואן בגריאנוב סרב. ב-4 בספטמבר חצתה יחידה של הצבא האדום את הדנובה לכיוון טוטראקן. ביחד עם כוחות צבא בולגריים וכוחות הנאמנים לחזית המולדת, השתלטו על חיל המצב הגרמני במקום, פירקו אותו מנשקו ולקחו שלל רב. וכך שוחררה העיר מאחיזת הגרמנים. ייתכן וזו הייתה יוזמה מקומית, וטיבו של האירוע לא ברור דיו. גרסה זו מציינת שהפלישה הרשמית החלה ב-8 בספטמבר.
ראש הממשלה המודח מוראבאייב ירד למחתרת, המלך סימאון השני והנסיך קיריל נעצרו בידי הכוחות הסובייטים ביחד עם אנשי ממשל צבא ומשטרה. הוקמה ממשלת קואליציה אנטי פאשיסטית מקרב חזית המולדת, שהורכבה ממפלגת האיכרים, המפלגה הסוציאל-דמוקרטית, המפלגה הקומוניסטית ומפלגת זֶבְנוֹ (הקישור).
ב-1 בפברואר 1945 הוצאו להורג הנסיך קיריל וראשי הממשלה לשעבר בוגדאן פילוב, דוברי בוז'ילוב ואיוון בגריאנוב ביחד עם קבוצה גדולה של פוליטיקאים אנשי צבא ועיתונאים בעוון שיתוף פעולה עם הנאצים. למלך סמיון, הותר להישאר בתפקידו.
הצבא הבולגרי שבעת ההיא מנה כ-450,000 לוחמים אשר צוידו בציוד שלל גרמני וציוד שסופק על ידי הרוסים הצטרף לצבא האדום והבולגרים נעו לכיוון סקופיה וניש במטרה לחסום את צירי נסיגת הוורמאכט מיוון. בהמשך, הצטרפו כוחות מהארמייה הבולגרית הראשונה שמנתה 130,000 חיילים תחת פיקודו של הגנרל ולדימיר סטויצ'ב לכוחות הצבא האדום בחזית האוקראינית ה-3 תחת פיקודו של פיודור טולבוחין. מעריכים שכ-60,000 מחיילי הארמייה נטלו חלק פעיל בקרבות. חזית זו הייתה חלק מהחזית המזרחית במלחמת העולם השנייה. במרץ 1945 נטלו הכוחות הבולגרים חלק במתקפת אגם בלטון בהונגריה, במספר קרבות סמוך לנהרות דראווה ומורה ובהמשך במבצע וינה במסגרתם לחמו נגד הארמייה השישית של הוורמאכט. ב-8 במאי 1945 לחמו הבולגרים בקרב האחרון בו השתתפו עת כבשו את העיר קלגנפורט שבאוסטריה. 57 מבני הקהילה היהודית נפלו בקרבות החזית האוקראינית ה-3.
השלכות המלחמה.
בולגריה הפכה לגרורה סובייטית אשר התירה לזמן מה למלך להישאר על כסאו. במסגרת חוזה פריז (1947), נקבע כי חבל דרום דוברוג'ה ישאר בידי ממלכת בולגריה והטל עליה לשלם פיצויים ליוון בסך 45 מיליוני דולרים וליוגוסלביה בסך 25 מיליוני דולרים. אזור מקדוניה הוחזר ליוגוסלבים.
היחס ליהודים בשטחים הנתונים לשליטת ממלכת בולגריה.