Em 29 de junho de 1913, a Bulgária declarou guerra à Grécia, dando início à Segunda Guerra Balcânica. Em 4 de julho, a Romênia entrou na guerra, aliando-se aos gregos. O conflito, que durou pouco mais de um mês, foi agravado por uma epidemia de cólera. O primeiro contato com uma epidemia representou uma reviravolta na vida de Maria. Com a ajuda do médico Ioan Cantacuzino e da irmã Pucci, uma enfermeira da Cruz Vermelha, a princesa viajou entre a Romênia e a Bulgária, levando seu auxílio aos hospitais. Estes eventos a prepararam para as experiências que viveria durante a Primeira Guerra Mundial. Como resultado da guerra, a Romênia recebeu a possessão da Dobruja do Sul, incluindo a cidade costeira de Balčik, onde Maria fez construir sua casa, anos depois. Logo após o final da guerra, Carlos I adoeceu.