לאחר חתימת הסכם קראיובה הוצבו חיילי הארמייה השלישית בפיקודו של גאורגי פופוב בחבל דרום דוברוג'ה. בהמשך ועד 1943 פיקד על הארמייה הגנרל ניקולה סטויצ'ב. ב-1 במרץ 1941 הצטרפה בולגריה להסכם התלת-צדדי וחברה רשמית למדינות הציר במלחמת העולם השנייה. עם זאת סירב המלך בוריס השלישי לצרף את חייליו לקרבות החזית המזרחית. בספטמבר 1944, לאחר הפיכת חזית המולדת הצטרפה בולגריה לבעלות הברית והכריזה מלחמה על גרמניה הנאצית. הארמייה השלישית לא השתתפה באופן פעיל בקרבות, להוציא את אוגדת הרגלים ה-3 אשר סופחה לארמייה הראשונה והשתתפה במתקפת אגם בלטון.