29 июня 1913 года Болгария объявила войну Греции, начав, таким образом, Вторую Балканскую войну. 4 июля Румыния вступила в конфликт на стороне Греции. Война, продолжавшаяся чуть больше месяца, усугубилась эпидемией холеры; позднее Мария стала рассматривать свою первую встречу с эпидемией как поворотный момент в жизни. Благодаря поддержке доктора Иона Кантакузино и сестры Пуччи, сестры Красного креста, Мария путешествовала между Румынией и Болгарией, протягивая руку помощи в госпиталях, что в дальнейшем помогло ей подготовиться к грядущей войне. В результате войны Румыния получила Южную Добруджу, в том числе и прибрежный город Балчич, в котором несколько лет спустя Мария обустроила свою резиденцию. Вскоре после окончания войны король Кароль I тяжело заболел.