Im selben Jahr kam es zum Streit um den Besitz Makedoniens mit Serbien und Griechenland, der zum Zweiten Balkankrieg führte, in dem Bulgarien gegen Rumänien, Serbien, Griechenland, Montenegro und die Osmanen isoliert stand und daher den Krieg schnell verlor. Im Frieden von Bukarest am 10. August 1913 musste Bulgarien die südliche Dobrudscha an Rumänien und das Gebiet von Edirne an die Türkei abtreten, behielt aber den Ägäiszugang. Der serbische Besitz Makedoniens musste anerkannt werden. Im Bündnis mit den Mittelmächten (Vertrag vom 6. September 1915) sah Ferdinand die Chance, diese „demütigenden“ Bedingungen im Kampf mit den Serben und Griechen im Ersten Weltkrieg zu revidieren. Tatsächlich gelang es den bulgarischen Truppen zunächst, gemeinsam mit Österreich-Ungarn und dem Deutschen Reich Makedonien zu besetzen. Die Unterwerfung Rumäniens brachte 1916 die Rückgewinnung der Süd-Dobrudscha. Im Kampf gegen Griechenland konnten Teile Thrakiens besetzt werden. Diese Erfolge wurden aber durch spätere Siege der Alliierten zunichtegemacht, und Bulgarien sah sich am 30. September 1918 als erster Verbündeter der Mittelmächte zur Kapitulation gezwungen (pro forma war es ein Waffenstillstand). Ferdinand dankte am 3. Oktober ab; sein ältester Sohn Boris bestieg den Thron am gleichen Tag.