En , les petits royaumes balkaniques (Grèce, Serbie, Monténégro et Bulgarie) déclarent la guerre à l'Empire ottoman. Comme en 1897, Nicolas reprend sa place dans l'armée tandis que son épouse dirige un hôpital de campagne. Le prince participe ainsi à la conquête de la Macédoine et il est nommé gouverneur de Thessalonique peu après l'entrée du roi Georges dans la cité. La ville étant une pomme de discorde entre Hellènes et Bulgares, Nicolas y organise, le , des pourparlers avec le prince héritier Alexandre de Serbie dans le but de consolider l'alliance avec Belgrade.