Κατά τη διάρκεια του Α΄ Βαλκανικού Πολέμου, ο Βελισσαρίου υπηρέτησε ως διοικητής τάγματος του 4ου Συντάγματος Πεζικού, της ΙΙας Μεραρχίας, συμμετέχοντας από την πρώτη ημέρα στις επιθετικές επιχειρήσεις. Η Μάχη του Σαρανταπόρου, αποτέλεσε μάλιστα μία από εκείνες στις οποίες για μία ακόμη φορά διακρίθηκε για τις ηγετικές του δυνάμεις.