Toisen Balkanin sodan jälkeen kuningas Ferdinand nimitti Radoslavovin heinäkuussa 1913 uudelleen pääministeriksi, sillä kuningas kannatti nyt hänen saksalaismyönteistä ja venäläisvastaista politiikkaansa. Radoslavovin johdolla Bulgaria läheni keskusvaltoja ja hyväksyi kesällä 1914 merkittävän saksalais-itävaltalaisen valtiolainan, mutta pysytteli maailmansodan ensimmäisen vuoden ajan puolueettomana. Taitavasti Radoslavov sai ympärysvallat vakuutettua vilpittömyydestään, kunnes Bulgaria syyskuussa 1915 julisti hänen ja kuningas Ferdinandin suunnitelmien mukaisesti sodan. Bulgarian sotaanliittyminen johti Serbian kukistumiseen, mutta sen jälkeen Saksa vaati Bulgarialta yhä kasvavaa panosta omiin operaatioihinsa. Syksyllä 1916 Bulgaria joutui liittymään myös sotatoimiin Romaniaa vastaan. Sodan rasitukset ja elintarvikepula johtivat siihen, että Radoslavovin hallitus menetti pian parlamentin ja kansalaisten tuen. Hän pysyi kuitenkin vallassa viimeiseen sotavuoteen asti.