По време на Балканската война генерал-лейтенант Радко Димитриев е командир на Трета българска армия, която завзема Лозенград. В Люлебургазко-Бунархисарската и Чаталджанската операция е командир на съединените 1-ва и 3-та армии. Решението му да прекрати атаките на Чаталджанската позиция на 5 ноември 1912 г., продиктувано от неочаквано силния отпор на турците и тежките загуби на атакуващите части, се оценява като прибързано предвид неизползваните значителни резерви. Като грешка, довела до неуспеха на операцията, се отчита и слабата координация между подчинените му части.